WO2016117225A1 - Memory cell and memory device - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to a memory cell having an antifuse, and a memory device including such a memory cell.
- Nonvolatile memory includes, for example, an OTP (One Time Programmable) memory in which data can be written only once.
- OTP One Time Programmable
- One of the memory elements constituting the OTP memory is an antifuse.
- the anti-fuse changes its resistance state from a high resistance state (non-conduction state) to a low resistance state (conduction state) by applying stress.
- Patent Documents 1 and 2 disclose memory devices using antifuses.
- the memory device be formed in a small area, and further reduction in size is expected.
- a memory cell includes an antifuse, a resistance element, and a selection transistor.
- the antifuse is inserted into each of a plurality of paths whose one ends are connected to each other.
- the resistance element is inserted into at least one of the plurality of paths.
- the selection transistor When the selection transistor is turned on, the selection transistor connects the first connection terminal and one end of the plurality of paths.
- the memory device includes a memory cell and a control unit that controls the memory cell.
- the memory cell includes an antifuse, a resistance element, and a selection transistor.
- the antifuse is inserted into each of a plurality of paths whose one ends are connected to each other.
- the resistance element is inserted into at least one of the plurality of paths.
- the selection transistor When the selection transistor is turned on, the selection transistor connects the first connection terminal and one end of the plurality of paths.
- the antifuse is inserted into each of the plurality of paths, and the resistance element is inserted into at least one of the plurality of paths.
- One ends of the plurality of paths are connected to each other, and a selection transistor is connected to one end thereof.
- the antifuse is inserted into each of the plurality of paths whose one ends are connected to each other, and the resistance element is inserted into at least one of the plurality of paths. So the size can be reduced.
- the effect described here is not necessarily limited, and there may be any effect described in the present disclosure.
- FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of a memory device according to a first embodiment of the present disclosure.
- FIG. FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a memory cell illustrated in FIG. 1.
- FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a cross-sectional structure of a main part of the memory element illustrated in FIG. 2.
- FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a main-part cross-sectional structure after a write operation of the memory element illustrated in FIG. 2. It is a timing waveform diagram showing a write operation. It is explanatory drawing showing an example of write-in operation
- FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a characteristic example of the memory cell illustrated in FIG. 2. It is explanatory drawing showing an example of read-out operation
- FIG. 10 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a memory cell according to a modification. It is a circuit diagram showing one structural example of the memory cell which concerns on another modification. It is sectional drawing showing the principal part sectional structure of the memory element which concerns on another modification.
- FIG. 10 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a memory cell according to a modification. It is a circuit diagram showing one structural example of the memory cell which concerns on another modification. It is sectional drawing showing the principal part sectional structure of the memory element which concerns on another modification.
- FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration example of a memory device according to a second embodiment of the present disclosure.
- FIG. 14 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a memory cell illustrated in FIG. 13. It is explanatory drawing showing an example of write-in operation
- FIG. 18 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a memory cell illustrated in FIG. 17. It is a circuit diagram showing one structural example of the memory cell which concerns on another modification. It is explanatory drawing showing an example of the write-in operation
- First embodiment memory device having redundancy
- Second embodiment memory device storing a plurality of bit data in each memory cell
- FIG. 1 illustrates a configuration example of the memory device (memory device 1) according to the first embodiment.
- the memory device 1 is a redundant memory device using an antifuse as a storage element.
- the memory device 1 includes a memory cell array 10, a word line driving unit 11, a bit line driving unit 12, and a sense amplifier 13.
- the memory cell array 10 has a plurality of memory cells 20 arranged in a matrix.
- the memory cell array 10 includes a plurality of word lines WL extending in the row direction (lateral direction), a plurality of bit lines BL and a plurality of source lines SL extending in the column direction (vertical direction).
- One end of each word line WL is connected to the word line drive unit 11, one end of each bit line BL is connected to the bit line drive unit 12, and one end of each source line SL is connected to the sense amplifier 13.
- Each memory cell 20 is connected to a word line WL, a bit line BL, and a source line SL.
- FIG. 2 shows a configuration example of the memory cell 20.
- the memory cell 20 includes storage elements 21A and 21B, resistance elements 22A and 22B, and a selection transistor 23.
- Memory elements 21A and 21B function as antifuses.
- the memory elements 21A and 21B have two terminals. One end of the storage element 21A is connected to one end of the storage element 21B and the bit line BL, and the other end is connected to one end of the resistance element 22A. One end of the storage element 21B is connected to one end of the storage element 21A and the bit line BL, and the other end is connected to one end of the resistance element 22B.
- the memory elements 21A and 21B change their resistance state from a high resistance state (non-conduction state) to a low resistance state (conduction state) by applying a stress voltage between both terminals. As described above, the storage elements 21A and 21B store information (bit data) according to the resistance state.
- the memory elements 21A and 21B have different stress voltages (threshold values Vth) necessary for changing the resistance state. Specifically, the threshold value VthA of the memory element 21A is set lower than the threshold value VthB of the memory element 21B. Thereby, in the memory device 1, as described later, the size of the selection transistor 23, the driver of the bit line driving unit 12, and the sense amplifier 13 can be reduced.
- FIG. 3A and 3B show an example of a cross-sectional structure of a main part of the memory element 21A.
- FIG. 3A shows a structure in a high resistance state
- FIG. 3B shows a structure in a low resistance state.
- the memory element 21A is formed in a region surrounded by the element isolation insulating layer 102 on the insulating layer 101 uniformly formed on the P-type semiconductor substrate 100P. That is, the memory device 1 has an SOI (Silicon on Insulator) structure.
- the memory device 1 can be formed using a general CMOS (Complementary Metal Metal Oxide Semiconductor) manufacturing process.
- CMOS Complementary Metal Metal Oxide Semiconductor
- the memory element 21A includes semiconductor layers 110P, 111N, and 112N, a dielectric film 121, a conductive film 122, and electrodes 131 and 132.
- the memory element 21A has a so-called MOS structure.
- the semiconductor layer 110P is a P-type semiconductor layer formed in a region surrounded by the insulating layer 102, and constitutes a so-called P well.
- the semiconductor layer 110P functions as a so-called back gate of the memory element 21A.
- the semiconductor layer 110P is made of a semiconductor material obtained by doping silicon (Si) with an impurity such as boron (B). A voltage of 0 V is applied to the semiconductor layer 110P via a contact (not shown).
- the semiconductor layers 111N and 112N are N-type semiconductor layers formed in the semiconductor layer 110P.
- the semiconductor layer 111N and the semiconductor layer 112N are disposed separately at a predetermined interval.
- the semiconductor layers 111N and 112N are made of, for example, a semiconductor material obtained by doping silicon with impurities such as arsenic (As) and phosphorus (P), and the thickness thereof is about 50 nm to 200 nm.
- Such semiconductor layers 111N and 112N can be easily formed by, for example, a method using self-alignment (self-alignment) or a method using a mask pattern such as a photoresist or an oxide film.
- the distance L between the semiconductor layer 111N and the semiconductor layer 112N be as short as possible.
- the minimum processing dimension in the manufacturing process can be set.
- the semiconductor layer 111N and the semiconductor layer 112N be made shorter than the minimum processing dimension within a range in which the semiconductor layer 111N and the semiconductor layer 112N are normally separated. Thereby, the element size of the memory element 21A can be reduced, and the filament F described later can be more easily formed.
- the dielectric film 121 is formed on the semiconductor layer 110P in a region between the semiconductor layer 111N and the semiconductor layer 112N and on a part of the semiconductor layers 111N and 112N.
- the dielectric film 121 is made of, for example, silicon oxide (SiO 2 ) or the like and has a thickness of about several nm to 20 nm.
- the conductive film 122 is formed on the dielectric film 121.
- the conductive film 122 is made of a conductive material such as polycrystalline silicon or silicide metal and has a thickness of about 50 nm to 500 nm. In this example, the conductive film 122 is in an electrically floating state.
- the insulating layer 130 is provided so as to cover the semiconductor layers 111N to 113N, the conductive film 12, the insulating layer 102, and the like.
- the insulating layer 130 is made of an insulating material such as silicon oxide, and has a thickness of about 50 nm to 1000 nm.
- the electrode 131 is provided on the semiconductor layer 111N so as to be electrically connected to the semiconductor layer 111N.
- the electrode 131 is formed so as to penetrate the insulating layer 130 and is connected to a conductive film 141 provided on the insulating layer 130.
- the conductive film 141 is led to the bit line BL.
- the electrode 132 is provided on the semiconductor layer 112N so as to be electrically connected to the semiconductor layer 112N.
- the electrode 132 is formed so as to penetrate the insulating layer 130 and is connected to a conductive film 142 provided on the insulating layer 130.
- the conductive film 142 is led to one end of the resistance element 22A.
- the electrodes 131 and 132 are made of, for example, tungsten (W), and the conductive films 141 and 142 are made of, for example, aluminum (Al).
- the resistance value between the electrodes 131 and 132 is high.
- filaments F are formed on the surfaces of the semiconductor layers 111N, 110P, and 112N as shown in FIG. 3B.
- a current flows between the electrodes 131 and 132 due to the stress voltage between the electrodes 131 and 132, and heat is generated.
- a part of the electrodes 131 and 132 is melted by this heat generation to form a filament F. That is, the filament F contains a conductive material. Therefore, after the writing operation, the resistance value between the electrodes 131 and 132 becomes low.
- the resistance state is changed from the high resistance state to the low resistance state by forming the filament F in the writing operation.
- the storage element 21A has been described above as an example, but the same applies to the storage element 21B.
- the memory element 21A is configured so that, for example, heat is less likely to escape than the memory element 21B. .
- the filament F can be easily formed in the writing operation as compared with the memory element 21B, and thus the threshold value VthA can be lowered.
- the areas of the conductive films 141 and 142 connected to the storage element 21A can be made smaller than the areas of the conductive films 141 and 142 connected to the storage element 21B.
- the volume (active volume) of the semiconductor layer 110P in the memory element 21A can be made smaller than the volume of the semiconductor layer 110P in the memory element 21B.
- the distance L between the semiconductor layer 111N and the semiconductor layer 112N in the memory element 21A may be shorter than the distance L between the semiconductor layer 111N and the semiconductor layer 112N in the memory element 21B.
- the threshold value VthA of the memory element 21A may be made lower than the threshold value VthB of the memory element 21B by forming the memory elements 21A and 21B under different process conditions. In this case, it is necessary to add or change the manufacturing process.
- resistance element 22A (FIG. 2) is connected to the other end of the memory element 21A, and the other end is connected to the other end of the resistance element 22B and to the drain of the selection transistor 23.
- One end of the resistance element 22B is connected to the other end of the memory element 21B, and the other end is connected to the other end of the resistance element 22A and to the drain of the selection transistor 23.
- the resistance elements 22A and 21B are made of, for example, polysilicon. However, the present invention is not limited to this, and instead of this, for example, a so-called diffused resistor or ballast resistor may be used. In this example, the resistance value of the resistance element 22A is made equal to the resistance value of the resistance element 22B.
- the resistance value R of the resistance elements 22A and 22B is set so as to satisfy the following expression using the resistance value Rtrm in the low resistance state of the memory elements 21A and 21B and the resistance value Ron in the on state of the selection transistor 23. .
- Rtrm + R >> Ron (1)
- the selection transistor 23 is an N-type MOS transistor in this example, the drain is connected to the other end of the resistance element 22A and the other end of the resistance element 22B, the gate is connected to the word line WL, and the source is connected to the source line SL. It is connected.
- the gate width W of the selection transistor 23 is, for example, 40 [ ⁇ m].
- the word line driving unit 11 (FIG. 1) controls a writing operation and a reading operation in the memory cell array 10 by driving the word line WL. Specifically, in this example, the word line driving unit 11 sets the voltage of the word line WL to a high level, thereby including one row (one word) including the memory cells 20 targeted for the writing operation and the reading operation. ) Is to be selected.
- the bit line driving unit 12 controls the writing operation in the memory cell array 10 by driving the bit line BL. Specifically, the bit line driving unit 12 sets the voltage VBL of the bit line BL to the positive voltage VW (VW> 0), and thus becomes a target of the writing operation in the selected one row. While the memory cell 20 is selected, a stress voltage is applied to the storage elements 21A and 21B of the memory cell 20.
- the voltage VW can be 6 [V], for example.
- the bit line driving unit 12 is configured to set the voltage VBL of all the bit lines BL to 0V when performing the read operation.
- the sense amplifier 13 controls the read operation in the memory cell array 10 by driving the source line SL. Specifically, the sense amplifier 13 sets the voltage VSL of the source line SL to a positive voltage VR (VR> 0), and detects the read current IR flowing through the source line SL, thereby performing the read operation target. The information stored in the memory cell 20 is read out.
- the voltage VR can be set to 1.8 [V], for example. Further, the sense amplifier 13 sets the voltage VSL of all the source lines SL to 0V when performing the write operation.
- the voltage VW stress voltage
- the selection transistor 23 is provided to the other end of the resistance elements 22A and 22B.
- 0V is applied via
- the resistance states of the two memory elements 21A and 21B change from the high resistance state to the low resistance state.
- the memory cell 20 has redundancy. That is, for example, in the write operation, even if the resistance state of one of the two memory elements 21A and 21B cannot be changed to the low resistance state for some reason, the other resistance state is changed to the low resistance state.
- the resistance state of the entire memory cell 20 can be changed to a low resistance state by changing to.
- the memory The resistance state of the entire cell 20 can be set to a low resistance state. As described above, since the memory device 1 has redundancy, it is possible to reduce the possibility of losing data even if an unexpected situation occurs.
- 0 V is applied to one end of the memory elements 21A and 21B, and the voltage VR is applied to the other end of the resistance elements 22A and 22B via the selection transistor 23. .
- read current IR corresponding to the resistance state in memory elements 21A and 21B is generated. That is, when both of the resistance states of the memory elements 21A and 21B are in the high resistance state, the resistance state of the entire memory cell 20 is in the high resistance state, so that the read current IR becomes small.
- the resistance state of at least one of the memory elements 21A and 21B is the low resistance state, the resistance state of the entire memory cell 20 is the low resistance state, and thus the read current IR becomes large.
- the sense amplifier 13 reads the information stored in the memory cell 20 by detecting the read current IR.
- the memory elements 21A and 21B correspond to a specific example of “antifuse” in the present disclosure.
- the word line drive unit 11 controls the write operation in the memory cell array 10 by driving the word line WL.
- the bit line driving unit 12 controls the writing operation in the memory cell array 10 by driving the bit line BL.
- the voltage VW stress voltage
- 0 V is applied to the other end of the resistance elements 22A and 22B via the selection transistor 23.
- the resistance states of the two memory elements 21A and 21B change from the high resistance state to the low resistance state, and information is written into the memory cell 20.
- the word line driving unit 11 controls the read operation in the memory cell array 10 by driving the word line WL.
- the sense amplifier 13 controls the read operation in the memory cell array 10 by driving the source line SL.
- 0 V is applied to one end of the memory elements 21A and 21B
- the voltage VR is applied to the other end of the resistance elements 22A and 22B via the selection transistor 23.
- read current IR corresponding to the resistance state in memory elements 21A and 21B is generated.
- the sense amplifier 13 reads the information stored in the memory cell 20 by detecting the read current IR.
- FIG. 4 shows a timing waveform diagram of the memory cell 20 in the write operation.
- 5A and 5B show a write operation to the memory cell 20, FIG. 5A shows a state at a certain timing, and FIG. 5B shows a state at a later timing than FIG. 5A.
- the selection transistor 23 is shown as a switch indicating an on / off state.
- the sense amplifier 13 sets the voltage VSL of the source line SL to 0 V, and the bit line driving unit 12 sets the voltage VBL of the bit line BL to the voltage VW as shown in FIG. At this time, the voltage VBL changes with a time constant corresponding to the resistance component and load of the bit line BL itself.
- the large write is performed in the order of the storage element 21B, the resistance element 22B, and the selection transistor 23.
- Current IWB flows. That is, at this time, the filament F is formed in the memory element 21B, and the resistance state of the memory element 21B changes from the high resistance state to the low resistance state (resistance value Rtrm). Thereafter, as shown in FIG. 4, the current value of the write current IWB decreases and becomes a value corresponding to the resistance value Rtrm in the low resistance state.
- the write current IWA and the write current IWB flow through the memory circuit 20.
- the driver of the bit line driving unit 12 supplies the write current IW to the memory circuit 20, and the sense amplifier 13 sinks the write current IW.
- the filament F is formed in the memory elements 21A and 21B at the same timing.
- the threshold value VthA of the storage element 21A and the threshold value VthB of the storage element 21B are made different from each other, the timing at which the large write currents IWA and IWB flow can be shifted from each other.
- the peak value of the write current IW can be kept low.
- the gate width W of the selection transistor 23 can be reduced, and the size of the memory cell 20 can be reduced. Further, the size of the bit line driving unit 12 and the sense amplifier 13 can be reduced.
- FIG. 6 shows a distribution DA at a timing t1 when the write current IWA reaches a peak and a distribution DB at a timing t2 when the write current IWB reaches a peak.
- the timing t1 is distributed as a distribution DA
- the timing t2 is distributed as a distribution DB.
- the resistance element 22A is connected to the memory element 21A having a low threshold value.
- the filament F can be formed in the memory element 21B. That is, for example, when the resistance element 22A is not provided, when the resistance state of the memory element 21A becomes a low resistance state (resistance value Rtrm), the voltage difference between both ends of the memory element 21B decreases. In this case, the filament F may not be formed in the memory element 21B, and the significance of redundancy is lost.
- the resistance element 22A since the resistance element 22A is provided, the filament F can be easily formed in the memory element 21B.
- the voltage VBL of the bit line BL is set to 6 [V]
- the resistance value Ron in the ON state of the selection transistor 23 is set to 150 [ ⁇ ]
- the resistance value Rtrm in the low resistance state of the storage element 21A is set to 1 k.
- the resistance value R of the resistance element 22A is 3 k [ ⁇ ]
- the voltage difference between one end of the memory element 21A and the other end of the resistance element 22A is 5.8 [V].
- the size of the resistance element 22A is, for example, a width of 3 The size is [ ⁇ m] and the length is [2 ⁇ m].
- the element size is sufficiently smaller than the element size of the selection transistor 23, and thus the influence on the size of the memory cell 20 is small. That is, by providing the resistance element 22A, it is possible to easily form the filament F in the memory element 21B while suppressing the influence on the size of the memory cell 20.
- the resistance value R of the resistance element 22A is too large, it is difficult to form the filament F in the memory element 21A. Therefore, it is desirable that the resistance value R of the resistance element 22A satisfies the expression 1 and can form the filament F in the memory element 21A.
- the resistance element 22B having the same resistance value R as that of the resistance element 22A is provided, so that the design can be facilitated. That is, the timing t1 at which the write current IWA reaches a peak is affected not only by the threshold value VthA of the storage element 21A but also by the resistance value of the resistance element 22A. Similarly, the timing t2 at which the write current IWB reaches its peak is influenced not only by the threshold value VthB of the storage element 21B but also by the resistance value of the resistance element 22B.
- the resistance values of the resistance elements 22A and 22B are equal to each other, the influence of the resistance elements 22A and 22B on the timing difference between the timing t1 and the timing t2 can be reduced, so that the design is facilitated. Can do.
- both the resistance states of the memory elements 21A and 21B are in the high resistance state (case C1).
- both the resistance states of the memory elements 21A and 21B are in the low resistance state (case C3).
- one of the resistance states of the memory elements 21A and 21B is the high resistance state and the other resistance state. May be in a low resistance state (Case C2).
- the resistance state of both of the storage elements 21A and 21B is changed to the low resistance state.
- FIGS. 7A to 7C show the read operation for the memory cell 20, FIG. 7A shows the case of case C1, FIG. 7B shows the case of case C2, and FIG. 7C shows the case of case C3.
- Case C2 shown in FIG. 7B is a case where the resistance state of the memory element 21A is the low resistance state and the resistance state of the memory element 21B is the high resistance state.
- the selection transistor 23 is shown as a switch indicating an on / off state.
- the resistance value Ron in the ON state of the selection transistor 23 is set to 150 [ ⁇ ]
- the resistance value in the high resistance state of the memory elements 21A and 21B is set to 10,000 [k ⁇ ]
- the resistance value in the low resistance state is set.
- Rtrm is set to 1 [k ⁇ ]
- the resistance value R of the resistance elements 22A and 22B is set to 3 k [ ⁇ ].
- the bit line driving unit 12 sets the voltage VBL of the bit line BL to 0 V
- the sense amplifier 13 sets the voltage VSL of the source line SL to the voltage VR.
- read current IR corresponding to the resistance state in memory elements 21A and 21B is generated.
- the sense amplifier 13 reads the information stored in the memory cell 20 by detecting the read current IR.
- a read current IR corresponding to the resistance value flows through the memory cell 20.
- the voltage VR is 1.8 V
- FIG. 8 shows the read current IR in cases C1 to C3.
- the read current IR is larger in cases C2 and C3 than in case C1. Therefore, the sense amplifier 13 sets a threshold current Ith between the read current IR in the case C1 and the read current IR in the cases C2 and C3, and compares the read current IR with the threshold current Ith, thereby Information written in the cell 20 can be read.
- the resistance state of both the storage elements 21A and 21B is the high resistance state (case C1), or the resistance state of at least one of the storage elements 21A and 21B is the low resistance state. It is possible to determine whether there is (Case C2, C3).
- the configuration can be simplified. That is, as a memory device having redundancy, for example, a memory cell may be configured using one storage element and one selection transistor, and the same information may be stored in two memory cells. However, this configuration requires a determination circuit that determines that at least one of the write operations is performed based on information read from the two memory cells. Therefore, in this case, the configuration becomes complicated, and the size of the memory device may increase.
- the memory device 1 since the storage element 21A and the storage element 21B are connected in parallel via the resistance elements 22A and 22B, if at least one of the storage elements 21 and 21B is in the low resistance state, the memory cell 20 The overall resistance state becomes a low resistance state. Therefore, since the determination circuit can be omitted, the configuration can be simplified and the size of the memory device 1 can be reduced.
- FIG. 9 shows the relationship between the size of the memory device and the number of bits of data that can be stored in the memory device.
- FIG. 9 generally, in a memory device, as the number of bits increases, the number of memory cells increases and the size of the entire memory device increases. Therefore, in a memory device having a large number of bits, the area ratio of the memory cell array in the entire memory device is large. In a memory device with a small number of bits, the area ratio occupied by portions other than the memory cell array (bit line driver, word line driver, sense amplifier, etc.) in the entire memory device is large.
- the memory device 1 since the peak value of the write current IW flowing through the memory cell 20 is suppressed, the sizes of the select transistor 25 (memory cell array 10), the bit line driving unit 12, and the sense amplifier 13 are reduced. Can be reduced. Furthermore, in the memory device 1, since the storage element 21A and the storage element 21B are connected in parallel via the resistance elements 22A and 22B, the determination circuit can be omitted. Thus, in the memory device 1, both the size of the memory cell array 10 and the size of the portion other than the memory cell array 10 can be reduced. As a result, the memory device 1 can reduce the size of the entire memory device regardless of whether the number of bits that can be stored is large or small.
- the determination circuit can be omitted, so that the configuration can be simplified and the entire memory device is also provided. Can be reduced in size.
- the resistance element is connected to the memory element having the lower threshold value of the two memory elements, the filament can be easily formed in the memory element having the higher threshold value.
- the memory cell 20 is provided with the two resistance elements 22A and 22B.
- the present invention is not limited to this.
- the resistance element 22B is omitted as in the memory cell 20A shown in FIG. Also good.
- the other end of the storage element 21B is connected to the other end of the resistance element 22A and to the drain of the selection transistor 23. Even if comprised in this way, the effect equivalent to the memory cell 20 which concerns on the said embodiment can be acquired.
- the storage element 21A, the resistance element 22A, and the selection transistor 23 are connected in this order, and the storage element 21B, the resistance element 22B, and the selection transistor 23 are connected in this order.
- the present invention is not limited to this.
- the memory element 21A and the resistive element 22A may be interchanged, and the memory element 21B and the resistive element 22B may be interchanged, as in the memory cell 20B illustrated in FIG.
- one end of the resistance element 22A is connected to one end of the resistance element 22B and the bit line BL, and the other end is connected to one end of the storage element 21A.
- One end of the resistance element 22B is connected to one end of the resistance element 22A and the bit line BL, and the other end is connected to one end of the storage element 21B.
- One end of the storage element 21A is connected to the other end of the resistance element 22A, and the other end is connected to the other end of the storage element 21B and to the drain of the selection transistor 23.
- One end of the storage element 21B is connected to the other end of the resistance element 22B, and the other end is connected to the other end of the storage element 21A and to the drain of the selection transistor 23.
- FIG. 12 shows an example of a cross-sectional structure of a main part of the memory element 31 in the memory device 1C according to this modification.
- FIG. 12 shows the memory element 31 in the high resistance state, and corresponds to FIG. 3A according to the above embodiment.
- the memory element 31 is formed in a region surrounded by the element isolation insulating layer 102 on the P-type semiconductor substrate 100P.
- the memory element 31 includes a semiconductor layer 210P.
- the semiconductor layer 210P is a P-type semiconductor layer formed on the surface of the P-type semiconductor substrate 100P, and constitutes a so-called P-well.
- the semiconductor layer 210P functions as a so-called back gate of the memory element 31.
- semiconductor layers 111N and 112N are formed as in the memory device 1 (FIG. 3A) according to the above embodiment.
- the two storage elements 21A and 21B having different threshold values are connected in parallel.
- the present invention is not limited to this.
- three or more storage elements having different threshold values are connected in parallel. You may connect.
- a resistance element may be connected in series to each storage element as in FIG. 2 or the like, or a resistance element may be connected in series to a storage element other than the storage element having the largest threshold value as in FIG. May be.
- the memory device 2 stores a plurality of bit data in each memory cell. Note that components that are substantially the same as those of the memory device 1 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted as appropriate.
- FIG. 13 shows a configuration example of the memory device 2 according to the present embodiment.
- the memory device 2 includes a memory cell array 40 and a bit line driving unit 42.
- the memory cell array 40 has a plurality of memory cells 50 arranged in a matrix.
- the memory cell array 40 includes a plurality of word lines WL extending in the row direction (lateral direction), a plurality of bit lines BLA and BLB and a plurality of source lines SL extending in the column direction (vertical direction). Yes.
- One end of each bit line BLA, BLB is connected to the bit line driving unit 42.
- Each memory cell 50 is connected to a word line WL, bit lines BLA and BLB, and a source line SL.
- FIG. 14 shows a configuration example of the memory cell 50.
- the memory cell 50 includes storage elements 21A and 21B, resistance elements 22A and 22B, and a selection transistor 23.
- One end of the storage element 21A is connected to the bit line BLA, and the other end is connected to one end of the resistance element 22A.
- One end of the storage element 21B is connected to the bit line BLB, and the other end is connected to one end of the resistance element 22B.
- the threshold value VthA of the storage element 21A is set lower than the threshold value VthB of the storage element 21B, as in the case of the first embodiment.
- the bit line driving unit 42 controls the writing operation and the reading operation in the memory cell array 40 by driving the bit lines BLA and BLB.
- the bit line driving unit 42 sets the voltage VBLA of the bit line BLA to the positive voltage VW (VW> 0), thereby writing in the selected one row.
- a memory element 21A of the memory cell 50 to be operated is selected, and a stress voltage is applied to the memory element 21A.
- the bit line driving unit 42 sets the voltage VBLB of the bit line BLB to the positive voltage VW (VW> 0), thereby selecting the memory cell that is the target of the write operation in the selected row. 50 memory elements 21B are selected, and a stress voltage is applied to the memory element 21B.
- the bit line drive unit 42 sets the voltage VBLA of the bit line BLA to 0 V and sets the bit line BLB in a floating state, so that the target of the read operation in one selected row is set.
- the memory element 21A of the memory cell 50 is selected.
- the bit line driving unit 42 sets the bit line BLA in a floating state and sets the voltage VBLB of the bit line BLB to 0 V, so that the memory targeted for the read operation in the selected one row is set.
- the memory element 21B of the cell 50 is selected.
- FIG. 15A to 15C show a write operation on the memory cell 50
- FIG. 15A shows a case where the write operation is performed only on the storage element 21A
- FIG. 15B shows only on the storage element 21B
- FIG. 15C shows a case where the write operation is performed on both the storage elements 21A and 21B.
- the sense amplifier 13 sets the voltage VSL of the source line SL to 0 V, and the bit line drive unit 42
- the voltage VBLA of BLA is set to the voltage VW
- the voltage VBLB of the bit line BLB is set to 0V.
- the sense amplifier 13 sets the voltage VSL of the source line SL to 0 V and the bit line driving unit 42 is set as shown in FIG. 15B.
- the voltage VBLA of the bit line BLA is set to 0V
- the voltage VBLB of the bit line BLB is set to the voltage VW.
- the sense amplifier 13 sets the voltage VSL of the source line SL to 0 V as shown in FIG. 42 sets the voltages VBLA and VBLB of the bit lines BLA and BLB to the voltage VW, respectively.
- a large write current IWA flows in the order of the storage element 21A, the resistance element 22A, and the selection transistor 23.
- the resistance state of 21A changes from the high resistance state to the low resistance state.
- a large write current IWB flows through the memory element 21B, the resistance element 22B, and the selection transistor 23 in this order, and the resistance state of the memory element 21B increases. Changes from a resistance state to a low resistance state.
- bit lines BLA and BLB are provided, and one end of the storage element 21A is connected to the bit line BLA and one end of the storage element 21B is connected to the bit line BLB.
- One bit data can be stored.
- the write operation when performing a write operation on both the storage elements 21A and 21B, the write operation can be performed in one cycle.
- the timing t2 at which the sink current IWB flows can be shifted.
- the size of the sense amplifier 13 that sinks the write current IW can also be reduced.
- FIG. 16A and 16B show a read operation for the memory cell 50
- FIG. 16A shows a case where the read operation is performed on the memory element 21A
- FIG. 16B shows a read operation on the memory element 21B. Show the case.
- the bit line drive unit 42 sets the voltage VBLA of the bit line BLA to 0V and sets the bit line BLB in a floating state.
- the amplifier 13 sets the voltage VSL of the source line SL to the voltage VR.
- the read current IR flows in the order of the selection transistor 23, the resistance element 22A, and the storage element 21A.
- the sense amplifier 13 reads the information stored in the storage element 21A of the memory cell 50 by detecting the read current IR.
- the bit line drive unit 42 sets the bit line BLA to the floating state and sets the voltage VBLB of the bit line BLB to 0V.
- the sense amplifier 13 sets the voltage VSL of the source line SL to the voltage VR.
- the read current IR flows in the order of the selection transistor 23, the resistance element 22B, and the storage element 21B.
- the sense amplifier 13 reads the information stored in the storage element 21B of the memory cell 50 by detecting the read current IR.
- bit lines BLA and BLB are provided, and one end of the storage element 21A is connected to the bit line BLA, and one end of the storage element 21B is connected to the bit line BLB.
- Two bit data can be stored.
- Other effects are the same as in the case of the first embodiment.
- the memory cell 50 is configured using the two storage elements 21A and 21B.
- the present invention is not limited to this, and the memory cell may be configured using three or more storage elements. .
- an example in which a memory cell is configured using three storage elements will be described in detail.
- FIG. 17 illustrates a configuration example of the memory device 2A according to the present embodiment.
- the memory device 2A includes a memory cell array 40A and a bit line driving unit 42A.
- the memory cell array 40A has a plurality of memory cells 50A arranged in a matrix.
- the memory cell array 40A includes a plurality of bit lines BLA, BLB, BLC extending in the column direction (vertical direction). One end of each bit line BLA, BLB, BLC is connected to the bit line drive unit 42A.
- Each memory cell 50A is connected to a word line WL, bit lines BLA, BLB, BLC, and a source line SL.
- FIG. 18 shows a configuration example of the memory cell 50A.
- the memory cell 50A includes storage elements 21A, 21B, and 21C and resistance elements 22A, 22B, and 22C.
- One end of the storage element 21A is connected to the bit line BLA, and the other end is connected to one end of the resistance element 22A.
- One end of the storage element 21B is connected to the bit line BLB, and the other end is connected to one end of the resistance element 22B.
- One end of the storage element 21C is connected to the bit line BLC, and the other end is connected to one end of the resistance element 22C.
- One end of the resistance element 22A is connected to the other end of the memory element 21A, and the other end is connected to the other ends of the resistance elements 22B and 22C and to the drain of the selection transistor 23.
- One end of the resistance element 22B is connected to the other end of the memory element 22A, and the other end is connected to the other ends of the resistance elements 22A and 22C and to the drain of the selection transistor 23.
- One end of the resistance element 22C is connected to the other end of the storage element 21C, and the other end is connected to the other ends of the resistance elements 22A and 22B and to the drain of the selection transistor 23.
- the threshold value VthA of the storage element 21A is set lower than the threshold value VthB of the storage element 21B, and the threshold value VthB of the storage element 21B is set lower than the threshold value VthC of the storage element 21C. Yes.
- bit line driving unit 42A controls the writing operation and the reading operation in the memory cell array 40A by driving the bit lines BLA, BLB, BLC. is there.
- the three resistance elements 22A to 22C are provided.
- the present invention is not limited to this.
- the memory cell 50B shown in FIG. 18 has the highest threshold among the memory elements 21A to 21C.
- the resistance element 22C connected to the storage element 21C having a high value may be omitted.
- the bit line driving unit 42 sets the voltage VBLA of the bit line BLA and the voltage VBLB of the bit line BLB to the voltage VW at the same time.
- the present invention is not limited to this.
- the voltage setting timing may be shifted.
- the threshold values Vth of the storage elements 21A and 21B may be different from each other or may be equal to each other.
- an operation example in the case where the threshold values Vth of the memory elements 21A and 21B are equal to each other in the memory device 2C according to the present modification will be described.
- FIG. 20 shows an example of a write operation to the memory cell 50C of the memory device 2C.
- the bit line drive unit 42C of the memory device 2C first sets the voltage VBLA of the bit line BLA to the voltage VW, and then the bit line The voltage VBLB of BLB is set to the voltage VW.
- the voltage VBLA changes with a time constant corresponding to the resistance component and load of the bit line BLA itself, and similarly, the voltage VBLB changes with a time constant corresponding to the resistance component and load of the bit line BLB itself.
- the two resistance elements 22A and 22B are provided.
- the present invention is not limited to this.
- the resistance element 22B guided to the bit line BLB to which a voltage is set later may be omitted. .
- the storage elements 21A, 21B, etc. are not limited to the configuration shown in FIG. 3, but may be any antifuse such as those shown in Patent Documents 1 and 2, for example. Any configuration may be used.
- an antifuse inserted in each of a plurality of paths whose one ends are connected to each other;
- a resistance element inserted in at least one of the plurality of paths;
- a memory cell comprising: a selection transistor that connects a first connection terminal and the one end of the plurality of paths by being turned on.
- Each antifuse has a first terminal and a second terminal, The resistance state of each antifuse changes from a high resistance state to a low resistance state when the potential difference between the first terminal and the second terminal of the antifuse exceeds a predetermined threshold value.
- the resistance state of the plurality of antifuses is changed from a high resistance state to a low resistance state by applying stress voltages to the plurality of second connection terminals at equal timings.
- each anti-fuse changes from a high-resistance state to a low-resistance state based on heat generated by current flowing between the first terminal and the second terminal of the anti-fuse.
- Each antifuse is A first semiconductor layer of a first conductivity type; A second semiconductor layer of a second conductivity type connected to the first terminal of the antifuse and provided on the surface of the first semiconductor layer; A third semiconductor layer of the second conductivity type connected to the second terminal of the antifuse and provided on the surface of the first semiconductor layer and spaced apart from the second semiconductor layer; The dielectric film provided on the surface of the first semiconductor layer in a separation region between the second semiconductor layer and the third semiconductor layer.
- the method according to any one of (2) to (8), Memory cells.
- Each antifuse is The memory cell according to (9), further including a first conductive film provided on the dielectric film.
- Each antifuse is A second conductive film connected to the second semiconductor layer; A third conductive film connected to the third semiconductor layer; Further comprising The memory cell according to any one of (9) to (11), wherein one or both of an area of the second conductive film and an area of the third conductive film in the plurality of antifuses is different from each other.
- a memory cell (17) a memory cell; A control unit for controlling the memory cell, The memory cell is An antifuse inserted into each of a plurality of paths connected at one end to each other; A resistance element inserted in at least one of the plurality of paths; A memory device comprising: a selection transistor that connects a first connection terminal and the one end of the plurality of paths by being turned on.
- the memory cell further includes a single second connection terminal connected to the other end of the plurality of paths, Each antifuse has a first terminal and a second terminal, The resistance state of each antifuse changes from a high resistance state to a low resistance state when the potential difference between the first terminal and the second terminal of the antifuse exceeds a predetermined threshold value.
- the thresholds of the plurality of antifuses are different from each other,
- the memory cell further includes a plurality of second connection terminals respectively connected to the other ends of the plurality of paths.
- Each antifuse has a first terminal and a second terminal, The resistance state of each antifuse changes from a high resistance state to a low resistance state when the potential difference between the first terminal and the second terminal of the antifuse exceeds a predetermined threshold value.
- the thresholds of the plurality of antifuses are different from each other,
- the controller changes the resistance state of the plurality of antifuses from a high resistance state to a low resistance state by applying stress voltages to the plurality of second connection terminals at equal timings.
- the memory cell further includes a plurality of second connection terminals respectively connected to the other ends of the plurality of paths.
- the controller changes the resistance state of the plurality of antifuses from a high resistance state to a low resistance state by applying stress voltages to the plurality of second connection terminals at different timings.
Landscapes
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Abstract
Description
本開示は、アンチヒューズを有するメモリセル、およびそのようなメモリセルを備えたメモリ装置に関する。 The present disclosure relates to a memory cell having an antifuse, and a memory device including such a memory cell.
電子機器には、しばしば、電源がオフになっても情報を保存することが可能な不揮発性のメモリが集積される。このような不揮発性メモリには、例えば、1回のみデータの書き込みが可能なOTP(One Time Programmable)メモリがある。OTPメモリを構成する記憶素子の一つに、アンチヒューズがある。アンチヒューズは、ストレスを印加することにより抵抗状態が高抵抗状態(非導通状態)から低抵抗状態(導通状態)に変化するものである。例えば、特許文献1,2には、アンチヒューズを用いたメモリ装置が開示されている。
Electronic devices are often integrated with non-volatile memories that can store information even when the power is turned off. Such a nonvolatile memory includes, for example, an OTP (One Time Programmable) memory in which data can be written only once. One of the memory elements constituting the OTP memory is an antifuse. The anti-fuse changes its resistance state from a high resistance state (non-conduction state) to a low resistance state (conduction state) by applying stress. For example,
ところで、メモリ装置は一般に小さい面積で形成されることが望まれており、さらにサイズを小さくすることが期待されている。 Incidentally, it is generally desired that the memory device be formed in a small area, and further reduction in size is expected.
したがって、サイズを小さくすることができるメモリセルおよびメモリ装置を提供することが望ましい。 Therefore, it is desirable to provide a memory cell and a memory device that can be reduced in size.
本開示の一実施の形態におけるメモリセルは、アンチヒューズと、抵抗素子と、選択トランジスタとを備えている。アンチヒューズは、一端が互いに接続された複数の経路のそれぞれに挿入されたものである。抵抗素子は、複数の経路のうちの少なくとも1つに挿入されたものである。選択トランジスタは、オン状態になることにより、第1の接続端子と、複数の経路の一端とを接続するものである。 A memory cell according to an embodiment of the present disclosure includes an antifuse, a resistance element, and a selection transistor. The antifuse is inserted into each of a plurality of paths whose one ends are connected to each other. The resistance element is inserted into at least one of the plurality of paths. When the selection transistor is turned on, the selection transistor connects the first connection terminal and one end of the plurality of paths.
本開示の一実施の形態におけるメモリ装置は、メモリセルと、メモリセルを制御する制御部とを備えている。メモリセルは、アンチヒューズと、抵抗素子と、選択トランジスタとを備えている。アンチヒューズは、一端が互いに接続された複数の経路のそれぞれに挿入されたものである。抵抗素子は、複数の経路のうちの少なくとも1つに挿入されたものである。選択トランジスタは、オン状態になることにより、第1の接続端子と、複数の経路の一端とを接続するものである。 The memory device according to an embodiment of the present disclosure includes a memory cell and a control unit that controls the memory cell. The memory cell includes an antifuse, a resistance element, and a selection transistor. The antifuse is inserted into each of a plurality of paths whose one ends are connected to each other. The resistance element is inserted into at least one of the plurality of paths. When the selection transistor is turned on, the selection transistor connects the first connection terminal and one end of the plurality of paths.
本開示の一実施の形態におけるメモリセルおよびメモリ装置では、アンチヒューズが、複数の経路のそれぞれに挿入され、抵抗素子が、複数の経路のうちの少なくとも1つに挿入される。そして、複数の経路の一端は互いに接続され、その一端には選択トランジスタが接続される。 In the memory cell and the memory device according to the embodiment of the present disclosure, the antifuse is inserted into each of the plurality of paths, and the resistance element is inserted into at least one of the plurality of paths. One ends of the plurality of paths are connected to each other, and a selection transistor is connected to one end thereof.
本開示の一実施の形態におけるメモリセルおよびメモリ装置によれば、一端が互いに接続された複数の経路のそれぞれにアンチヒューズを挿入し、複数の経路のうちの少なくとも1つに抵抗素子を挿入したので、サイズを小さくすることができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれの効果があってもよい。 According to the memory cell and the memory device in an embodiment of the present disclosure, the antifuse is inserted into each of the plurality of paths whose one ends are connected to each other, and the resistance element is inserted into at least one of the plurality of paths. So the size can be reduced. In addition, the effect described here is not necessarily limited, and there may be any effect described in the present disclosure.
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施の形態(冗長性を有するメモリ装置)
2.第2の実施の形態(各メモリセルに複数のビットデータを記憶するメモリ装置)
Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. The description will be given in the following order.
1. First embodiment (memory device having redundancy)
2. Second embodiment (memory device storing a plurality of bit data in each memory cell)
<1.第1の実施の形態>
[構成例]
図1は、第1の実施の形態に係るメモリ装置(メモリ装置1)の一構成例を表すものである。メモリ装置1は、記憶素子としてアンチヒューズを用いた、冗長性を有するメモリ装置である。メモリ装置1は、メモリセルアレイ10と、ワード線駆動部11と、ビット線駆動部12と、センスアンプ13とを備えている。
<1. First Embodiment>
[Configuration example]
FIG. 1 illustrates a configuration example of the memory device (memory device 1) according to the first embodiment. The
メモリセルアレイ10は、マトリクス状に配置された複数のメモリセル20を有している。また、メモリセルアレイ10は、行方向(横方向)に延伸する複数のワード線WLと、列方向(縦方向)に延伸する複数のビット線BLおよび複数のソース線SLとを有している。各ワード線WLの一端はワード線駆動部11に接続され、各ビット線BLの一端はビット線駆動部12に接続され、各ソース線SLの一端はセンスアンプ13に接続されている。各メモリセル20は、ワード線WL、ビット線BL、およびソース線SLに接続されている。
The
図2は、メモリセル20の一構成例を表すものである。メモリセル20は、記憶素子21A,21Bと、抵抗素子22A,22Bと、選択トランジスタ23とを有している。
FIG. 2 shows a configuration example of the
記憶素子21A,21Bは、アンチヒューズとして機能するものである。記憶素子21A,21Bは、2つの端子を有するものである。記憶素子21Aの一端は、記憶素子21Bの一端に接続されるとともにビット線BLに接続され、他端は抵抗素子22Aの一端に接続されている。記憶素子21Bの一端は、記憶素子21Aの一端に接続されるとともにビット線BLに接続され、他端は抵抗素子22Bの一端に接続されている。記憶素子21A,21Bは、両端子間にストレス電圧を印加することにより、抵抗状態が高抵抗状態(非導通状態)から低抵抗状態(導通状態)に変化するものである。このように、記憶素子21A,21Bは、抵抗状態により情報(ビットデータ)をそれぞれ記憶するようになっている。
また、記憶素子21A,21Bは、抵抗状態を変化させるのに必要なストレス電圧(しきい値Vth)が互いに異なるものである。具体的には、記憶素子21Aのしきい値VthAは、記憶素子21Bのしきい値VthBよりも低く設定されている。これにより、メモリ装置1では、後述するように、選択トランジスタ23、およびビット線駆動部12のドライバおよびセンスアンプ13のサイズを小さくすることができるようになっている。
Further, the
図3A,3Bは、記憶素子21Aの要部断面構造の一例を表すものであり、図3Aは高抵抗状態における構造を示し、図3Bは低抵抗状態における構造を示す。記憶素子21Aは、P型の半導体基板100P上に一様に形成された絶縁層101の上の、素子分離用の絶縁層102によって囲まれた領域に形成される。すなわち、メモリ装置1は、SOI(Silicon on Insulator)構造を有するものである。なお、メモリ装置1は、一般的なCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)製造工程を用いて形成することができる。
3A and 3B show an example of a cross-sectional structure of a main part of the
記憶素子21Aは、半導体層110P,111N,112Nと、誘電膜121と、導電膜122と、電極131,132とを有している。記憶素子21Aは、いわゆるMOS構造を有するものである。
The
半導体層110Pは、絶縁層102によって囲まれた領域に形成されたP型の半導体層であり、いわゆるPウェルを構成するものである。この半導体層110Pは、記憶素子21Aのいわゆるバックゲートとして機能するものである。この半導体層110Pは、シリコン(Si)にホウ素(B)等の不純物をドープさせた半導体材料からなるものである。なお、この半導体層110Pには、図示しないコンタクトを介して0Vの電圧が印加されている。
The
半導体層111N,112Nは、半導体層110P内に形成されたN型の半導体層である。半導体層111Nと半導体層112Nとは、所定の間隔を隔てて分離して配設されている。半導体層111N,112Nは、例えば、シリコンにヒ素(As)やリン(P)等の不純物をドープした半導体材料からなるものであり、その厚さは50nm~200nm程度である。このような半導体層111N,112Nは、例えばセルフアライン(自己整合)による手法や、フォトレジストや酸化膜などのマスクパターンを用いた手法により、容易に形成することができる。半導体層111Nと半導体層112Nとの間の距離Lは、可能な限り短くすることが望ましい。具体的には、例えば、その製造工程における最小加工寸法とすることができる。もしくは、半導体層111Nと半導体層112Nが正常に分離形成される範囲内で、最小加工寸法よりもさらに短くすることが好ましい。これにより、記憶素子21Aの素子サイズを小さくすることができるとともに、後述するフィラメントFをより形成しやすくすることができる。
The semiconductor layers 111N and 112N are N-type semiconductor layers formed in the
誘電膜121は、半導体層111Nと半導体層112Nとの間の領域における半導体層110Pの上、および半導体層111N,112Nの一部の上に形成されている。誘電膜121は、例えば、酸化シリコン(SiO2)などにより構成され、その厚さは数nm~20nm程度である。
The
導電膜122は、誘電膜121の上に形成されている。導電膜122は、例えば多結晶シリコンやシリサイド金属などの導電性材料からなり、その厚さは50nm~500nm程度である。導電膜122は、この例では、電気的にフローティング状態になっている。
The
絶縁層130は、半導体層111N~113N、導電膜12、絶縁層102などを覆うように設けられている。この絶縁層130は、例えば、酸化シリコンなどの絶縁材料からなり、その厚さは50nm~1000nm程度である。
The insulating
電極131は、半導体層111N上において、この半導体層111Nと電気的に接続するように設けられている。この電極131は、絶縁層130を貫通するように形成されており、絶縁層130上に設けられた導電膜141に接続されている。この導電膜141は、ビット線BLへと導かれている。同様に、電極132は、半導体層112N上において、この半導体層112Nと電気的に接続するように設けられている。この電極132は、絶縁層130を貫通するように形成されており、絶縁層130上に設けられた導電膜142に接続されている。この導電膜142は、抵抗素子22Aの一端へと導かれている。電極131,132は、例えばタングステン(W)により構成され、導電膜141,142は、例えばアルミニウム(Al)により構成されている。
The
図3Aに示したような記憶素子21Aでは、電極131,132間の抵抗値は高い。このような記憶素子21Aに対して、書込動作において、電極131,132間にストレス電圧を印加すると、図3Bに示したように、半導体層111N,110P,112Nの表面にフィラメントFが形成される。具体的には、まず、電極131,132間のストレス電圧により、電極131,132間に電流が流れ、発熱が生じる。そして、電極131,132の一部がこの発熱により融解し、フィラメントFを形成する。すなわち、フィラメントFは、導電性の材料を含んでいる。よって、書込動作後は、電極131,132間の抵抗値が低くなる。このように、記憶素子21Aは、書込動作において、フィラメントFが形成されることにより、抵抗状態が高抵抗状態から低抵抗状態に変化するようになっている。
In the
以上、記憶素子21Aを例に説明したが、記憶素子21Bについてもほぼ同様である。ただし、記憶素子21Aのしきい値VthAを、記憶素子21Bのしきい値VthBよりも低くするために、記憶素子21Aは、例えば、記憶素子21Bに比べて熱が逃げにくいように構成されている。これにより、記憶素子21Aでは、記憶素子21Bに比べて、書込動作において、フィラメントFを形成しやすくすることができるため、しきい値VthAを低くすることができる。具体的には、例えば、記憶素子21Aに接続される導電膜141,142の面積を、記憶素子21Bに接続される導電膜141,142の面積よりも小さくすることができる。また、記憶素子21Aにおける半導体層110Pの体積(アクティブ体積)を、記憶素子21Bにおける半導体層110Pの体積よりも小さくすることができる。
The
また、記憶素子21Aにおける半導体層111Nと半導体層112Nとの間の距離Lを、記憶素子21Bにおける半導体層111Nと半導体層112Nとの間の距離Lよりも短くしてもよい。これにより、記憶素子21Aでは、記憶素子21Bに比べて、電界が強くなるため、フィラメントFをより形成しやすくすることができ、しきい値VthAを低くすることができる。
Further, the distance L between the
また、例えば、記憶素子21A,21Bを、異なるプロセス条件で形成することにより、記憶素子21Aのしきい値VthAを、記憶素子21Bのしきい値VthBよりも低くしてもよい。なお、この場合には、製造工程の追加や変更等が必要となる。
Also, for example, the threshold value VthA of the
抵抗素子22A(図2)の一端は記憶素子21Aの他端に接続され、他端は、抵抗素子22Bの他端に接続されるとともに選択トランジスタ23のドレインに接続されている。抵抗素子22Bの一端は記憶素子21Bの他端に接続され、他端は、抵抗素子22Aの他端に接続されるとともに選択トランジスタ23のドレインに接続されている。抵抗素子22A,21Bは、例えばポリシリコンにより構成されるものである。なお、これに限定されるものではなく、これに代えて、例えば、いわゆる拡散抵抗やバラスト抵抗を用いてもよい。この例では、抵抗素子22Aの抵抗値を、抵抗素子22Bの抵抗値と等しくしている。抵抗素子22A,22Bの抵抗値Rは、記憶素子21A,21Bの低抵抗状態における抵抗値Rtrm、および選択トランジスタ23のオン状態における抵抗値Ronを用いて、以下の式を満たすように設定される。
Rtrm + R >> Ron ・・・(1)
これにより、後述するように、記憶素子21BにフィラメントFを形成しやすくすることができるようになっている。
One end of the
Rtrm + R >> Ron (1)
Thereby, as will be described later, the filament F can be easily formed in the
選択トランジスタ23は、この例ではN型のMOSトランジスタであり、ドレインが抵抗素子22Aの他端および抵抗素子22Bの他端に接続され、ゲートはワード線WLに接続され、ソースはソース線SLに接続されている。選択トランジスタ23のゲート幅Wは、例えば40[μm]である。
The
ワード線駆動部11(図1)は、ワード線WLを駆動することにより、メモリセルアレイ10における書込動作および読出動作を制御するものである。具体的には、ワード線駆動部11は、この例では、ワード線WLの電圧を高レベルに設定することにより、書込動作および読出動作の対象となるメモリセル20を含む1行(1ワード)を選択するようになっている。
The word line driving unit 11 (FIG. 1) controls a writing operation and a reading operation in the
ビット線駆動部12は、ビット線BLを駆動することにより、メモリセルアレイ10における書込動作を制御するものである。具体的には、ビット線駆動部12が、ビット線BLの電圧VBLを正の電圧VW(VW>0)に設定することにより、選択された1行のうちの、書込動作の対象となるメモリセル20を選択するとともに、そのメモリセル20の記憶素子21A,21Bにストレス電圧を印加するようになっている。電圧VWは、例えば、6[V]にすることができる。また、ビット線駆動部12は、読出動作を行う場合には、全てのビット線BLの電圧VBLを0Vに設定するようになっている。
The bit
センスアンプ13は、ソース線SLを駆動することにより、メモリセルアレイ10における読出動作を制御するものである。具体的には、センスアンプ13は、ソース線SLの電圧VSLを正の電圧VR(VR>0)に設定するとともに、そのソース線SLに流れる読出電流IRを検出することにより、読出動作の対象となるメモリセル20に記憶された情報を読み出すものである。電圧VRは、例えば、1.8[V]にすることができる。また、センスアンプ13は、書込動作を行う場合には、全てのソース線SLの電圧VSLを0Vに設定するようになっている。
The
この構成により、書込動作の対象となるメモリセル20では、記憶素子21A,21Bの一端に電圧VW(ストレス電圧)が印加されるとともに、抵抗素子22A,22Bの他端には選択トランジスタ23を介して0Vが印加される。これにより、2つの記憶素子21A,21Bの抵抗状態が高抵抗状態から低抵抗状態に変化する。このように、メモリセル20は冗長性を有するものである。すなわち、例えば、書込動作において、なんらかの事情で、2つの記憶素子21A,21Bのうちの一方の抵抗状態を低抵抗状態に変化させることができなかった場合でも、他方の抵抗状態を低抵抗状態に変化させることにより、そのメモリセル20全体の抵抗状態を低抵抗状態にすることができる。また、例えば、2つの記憶素子21A,21Bの抵抗状態を低抵抗状態に変化させたあと、なんらかの事情により、2つの記憶素子21A,21Bの一方がオープン状態になってしまった場合でも、そのメモリセル20全体の抵抗状態を低抵抗状態にすることができる。このように、メモリ装置1では、冗長性を有するようにしたので、不測の事態が生じても、データを喪失するおそれを低減することができるようになっている。
With this configuration, in the
また、読出動作の対象となるメモリセル20では、記憶素子21A,21Bの一端に0Vが印加されるとともに、抵抗素子22A,22Bの他端には選択トランジスタ23を介して電圧VRが印加される。これにより、メモリセル20では、記憶素子21A,21Bにおける抵抗状態に応じた読出電流IRが生じる。すなわち、記憶素子21A,21Bの両方の抵抗状態が高抵抗状態である場合には、メモリセル20全体の抵抗状態は高抵抗状態であるため、読出電流IRは小さくなる。一方、記憶素子21A,21Bのうちの少なくとも一方の抵抗状態が低抵抗状態である場合は、メモリセル20全体の抵抗状態は低抵抗状態であるため、読出電流IRは大きくなる。センスアンプ13は、この読出電流IRを検出することにより、メモリセル20に記憶された情報を読み出すようになっている。
In the
ここで、記憶素子21A,21Bは、本開示における「アンチヒューズ」の一具体例に対応する。
Here, the
[動作および作用]
続いて、本実施の形態のメモリ装置1の動作および作用について説明する。
(全体動作概要)
まず、図1を参照して、メモリ装置1の全体動作概要を説明する。書込動作では、ワード線駆動部11は、ワード線WLを駆動することにより、メモリセルアレイ10における書込動作を制御する。ビット線駆動部12は、ビット線BLを駆動することにより、メモリセルアレイ10における書込動作を制御する。書込動作の対象となるメモリセル20では、記憶素子21A,21Bの一端に電圧VW(ストレス電圧)が印加されるとともに、抵抗素子22A,22Bの他端には選択トランジスタ23を介して0Vが印加される。これにより、2つの記憶素子21A,21Bの抵抗状態が高抵抗状態から低抵抗状態に変化し、メモリセル20に情報が書き込まれる。
[Operation and Action]
Next, the operation and action of the
(Overview of overall operation)
First, an overall operation overview of the
読出動作では、ワード線駆動部11が、ワード線WLを駆動することにより、メモリセルアレイ10における読出動作を制御する。センスアンプ13は、ソース線SLを駆動することにより、メモリセルアレイ10における読出動作を制御する。読出動作の対象となるメモリセル20では、記憶素子21A,21Bの一端に0Vが印加されるとともに、抵抗素子22A,22Bの他端には選択トランジスタ23を介して電圧VRが印加される。これにより、メモリセル20では、記憶素子21A,21Bにおける抵抗状態に応じた読出電流IRが生じる。センスアンプ13は、この読出電流IRを検出することにより、メモリセル20に記憶された情報を読み出す。
In the read operation, the word
(書込動作)
次に、メモリセル20に対する書込動作を詳細に説明する。
(Write operation)
Next, the write operation for the
図4は、書込動作における、メモリセル20のタイミング波形図を表すものである。図5A,5Bは、メモリセル20に対する書込動作を表すものであり、図5Aは、あるタイミングにおける状態を示し、図5Bは、図5Aよりも後のタイミングにおける状態を示す。図5A,5Bでは、選択トランジスタ23を、オンオフ状態を示すスイッチとして示している。
FIG. 4 shows a timing waveform diagram of the
書込動作では、センスアンプ13が、ソース線SLの電圧VSLを0Vに設定するとともに、図4に示すように、ビット線駆動部12が、ビット線BLの電圧VBLを電圧VWに設定する。その際、電圧VBLは、ビット線BL自体の抵抗成分や負荷に応じた時定数で変化する。
In the write operation, the
そして、タイミングt1において、ビット線BLの電圧VBLが記憶素子21Aのしきい値VthAに到達すると、図5Aに示すように、記憶素子21A、抵抗素子22A、選択トランジスタ23の順に、大きな書込電流IWAが流れる。すなわち、このとき、記憶素子21AにフィラメントFが形成され、記憶素子21Aの抵抗状態が高抵抗状態から低抵抗状態(抵抗値Rtrm)に変化する。そして、その後、図4に示したように、書込電流IWAの電流値は減少し、低抵抗状態における抵抗値Rtrmに応じた値になる。
At timing t1, when the voltage VBL of the bit line BL reaches the threshold value VthA of the
次に、タイミングt2において、ビット線BLの電圧VBLが記憶素子21Bのしきい値VthBに到達すると、図5Bに示すように、記憶素子21B、抵抗素子22B、選択トランジスタ23の順に、大きな書込電流IWBが流れる。すなわち、このとき、記憶素子21BにフィラメントFが形成され、記憶素子21Bの抵抗状態が高抵抗状態から低抵抗状態(抵抗値Rtrm)に変化する。そして、その後、図4に示したように、書込電流IWBの電流値は減少し、低抵抗状態における抵抗値Rtrmに応じた値になる。
Next, when the voltage VBL of the bit line BL reaches the threshold value VthB of the
このように、メモリ回路20には、書込電流IWAおよび書込電流IWBが流れる。すなわち、選択トランジスタ23には、書込電流IWAと書込電流IWBとの合計電流である書込電流IW(=IWA+IWB)(図4)が流れる。ビット線駆動部12のドライバは、この書込電流IWをメモリ回路20に供給し、センスアンプ13は、この書込電流IWをシンクする。
Thus, the write current IWA and the write current IWB flow through the
このように、メモリ装置1では、記憶素子21Aのしきい値VthAと記憶素子21Bのしきい値VthBとが互いに異なるようにした。これにより、メモリ装置1では、記憶素子21Aに大きな書込電流IWAが流れるタイミングt1と、記憶素子21Bに大きな書込電流IWBが流れるタイミングt2とをずらすことができる。その結果、メモリ装置1では、図4に示したように、書込電流IW(=IWA+IWB)のピーク値を低く抑えることができる。
As described above, in the
すなわち、例えば、仮に、記憶素子21Aのしきい値VthAと記憶素子21Bのしきい値VthBとを互いに等しくした場合には、記憶素子21A,21Bには、同じタイミングでフィラメントFが形成されるため、同じタイミングで大きな書込電流IWA,IWBが流れる。すなわち、書込電流IW(=IWA+IWB)のピーク値が大きくなってしまう。よって、このような大きな書込電流を流すことができるように、選択トランジスタ23のゲート幅Wを広くする必要があり、メモリセルのサイズが大きくなってしまうおそれがある。さらに、ビット線駆動部12のドライバおよびセンスアンプ13もこのような大きな書込電流を扱うことができるようにする必要があるため、ビット線駆動部12およびセンスアンプ13のサイズが大きくなってしまうおそれがある。
That is, for example, if the threshold value VthA of the
一方、メモリ装置1では、記憶素子21Aのしきい値VthAと記憶素子21Bのしきい値VthBとが互いに異なるようにしたので、大きな書込電流IWA,IWBが流れるタイミングを互いにずらすことができ、書込電流IWのピーク値を低く抑えることができる。その結果、メモリ装置1では、選択トランジスタ23のゲート幅Wを狭くすることができ、メモリセル20のサイズを小さくすることができる。さらに、ビット線駆動部12およびセンスアンプ13のサイズも小さくすることができる。
On the other hand, in the
このように、大きな書込電流IWA,IWBが流れるタイミングを互いにずらすためには、設計段階において、例えば、製造工程におけるプロセスばらつきを考慮する必要がある。 As described above, in order to shift the timings when the large write currents IWA and IWB flow from each other, it is necessary to consider, for example, process variations in the manufacturing process at the design stage.
図6は、書込電流IWAがピークになるタイミングt1の分布DAと、書込電流IWBがピークになるタイミングt2の分布DBを表すものである。製造工程におけるプロセスばらつきを考慮すると、タイミングt1は分布DAのように分布し、同様に、タイミングt2は分布DBのように分布する。このような場合、分布DAと分布DBが時間軸上で重ならないようにすることが望ましい。さらに、分布DAと分布DBとが、時間軸上で重ならないように、マージンMを設けることが好ましい。これにより、例えば、プロセスがばらついても、大きな書込電流IWA,IWBが流れるタイミングを互いにずらすことができる。 FIG. 6 shows a distribution DA at a timing t1 when the write current IWA reaches a peak and a distribution DB at a timing t2 when the write current IWB reaches a peak. Considering process variations in the manufacturing process, the timing t1 is distributed as a distribution DA, and similarly, the timing t2 is distributed as a distribution DB. In such a case, it is desirable that the distribution DA and the distribution DB do not overlap on the time axis. Furthermore, it is preferable to provide a margin M so that the distribution DA and the distribution DB do not overlap on the time axis. Thereby, for example, even when the process varies, the timings at which the large write currents IWA and IWB flow can be shifted from each other.
また、メモリ装置1では、しきい値が低い記憶素子21Aに抵抗素子22Aを接続するようにした。これにより、例えば、図5Aのように、記憶素子21AにフィラメントFが形成され、記憶素子21Aの抵抗状態が低抵抗状態(抵抗値Rtrm)になっても、しきい値が高い記憶素子21Bの両端間の電圧差を大きい値に保つことができるため、記憶素子21BにフィラメントFを形成することができる。すなわち、例えば、抵抗素子22Aを設けない場合には、記憶素子21Aの抵抗状態が低抵抗状態(抵抗値Rtrm)になると、記憶素子21Bの両端間の電圧差が低下してしまう。この場合には、記憶素子21BにフィラメントFが形成されないおそれがあり、冗長性の意義が失われてしまう。一方、メモリ装置1では、抵抗素子22Aを設けたので、記憶素子21Bにおいて、フィラメントFを形成しやすくすることができる。
In the
具体的には、例えば、ビット線BLの電圧VBLを6[V]にし、選択トランジスタ23のオン状態における抵抗値Ronを150[Ω]にし、記憶素子21Aの低抵抗状態における抵抗値Rtrmを1k[Ω]にし、抵抗素子22Aの抵抗値Rを3k[Ω]にした場合、記憶素子21Aの一端と抵抗素子22Aの他端との間の電圧差は5.8[V]となる。このように、抵抗素子22Aの抵抗値Rを、式1を満たすような抵抗値Rにすることにより、記憶素子21Bの両端間の電圧差を、大きい値に保つことができる。例えば、シート抵抗が2k[Ω/□]であるポリシリコンを用いて3k[Ω]の抵抗値Rを有する抵抗素子22Aを構成する場合には、抵抗素子22Aのサイズは、例えば、幅が3[μm]、長さが[2μm]のサイズになる。すなわち、このような抵抗素子22Aを設けても、選択トランジスタ23の素子サイズより十分に小さいため、メモリセル20のサイズへの影響は少ない。つまり、抵抗素子22Aを設けることにより、メモリセル20のサイズへの影響を抑えつつ、記憶素子21BにフィラメントFを形成しやすくすることができる。なお、抵抗素子22Aの抵抗値Rを大きくしすぎると、記憶素子21AにおいてフィラメントFを形成しにくくなる。よって、抵抗素子22Aの抵抗値Rは、式1を満たしつつ、記憶素子21AにおいてフィラメントFを形成できるような値が望ましい。
Specifically, for example, the voltage VBL of the bit line BL is set to 6 [V], the resistance value Ron in the ON state of the
また、メモリ装置1では、抵抗素子22Aと同じ抵抗値Rの抵抗素子22Bを設けるようにしたので、設計しやすくすることができる。すなわち、書込電流IWAがピークになるタイミングt1は、記憶素子21Aのしきい値VthAの他、抵抗素子22Aの抵抗値によっても影響を受ける。同様に、書込電流IWBがピークになるタイミングt2は、記憶素子21Bのしきい値VthBの他、抵抗素子22Bの抵抗値によっても影響を受ける。メモリ装置1では、抵抗素子22A,22Bの抵抗値を互いに等しくしたので、タイミングt1とタイミングt2とのタイミング差における、抵抗素子22A,22Bの影響を小さくすることができるため、設計しやすくすることができる。
Further, in the
(読出動作)
書込動作が行われていないメモリセル20では、記憶素子21A,21Bの両方の抵抗状態が高抵抗状態である(ケースC1)。一方、書込動作が行われたメモリセル20では、記憶素子21A,21Bの両方の抵抗状態が低抵抗状態である(ケースC3)。また、例えば、書込動作が行われたが、その書込動作が不十分であった場合には、記憶素子21A,21Bのうちの一方の抵抗状態が高抵抗状態であり、他方の抵抗状態が低抵抗状態である場合がある(ケースC2)。また、書込動作が正常に行われ、記憶素子21A,21Bの両方の抵抗状態が低抵抗状態になった後、なんらかの事情により、記憶素子21A,21Bのうちの一方がオープン状態になった場合も、このケースC2に該当する。以下に、これらのケースC1~C3における読出動作をそれぞれ説明する。
(Read operation)
In the
図7A~7Cは、メモリセル20に対する読出動作を表すものであり、図7Aは、ケースC1の場合を示し、図7Bは、ケースC2の場合を示し、図7Cは、ケースC3の場合を示す。図7Bに示したケースC2は、記憶素子21Aの抵抗状態が低抵抗状態であり、記憶素子21Bの抵抗状態が高抵抗状態であるケースである。なお、図7A~7Cでは、選択トランジスタ23を、オンオフ状態を示すスイッチとして示している。また、この例では、選択トランジスタ23のオン状態における抵抗値Ronを150[Ω]にし、記憶素子21A,21Bの高抵抗状態における抵抗値を10,000[kΩ]にし、低抵抗状態における抵抗値Rtrmを1[kΩ]にし、抵抗素子22A,22Bの抵抗値Rを3k[Ω]にしている。
FIGS. 7A to 7C show the read operation for the
読出動作では、ビット線駆動部12が、ビット線BLの電圧VBLを0Vに設定するとともに、センスアンプ13が、ソース線SLの電圧VSLを電圧VRに設定する。これにより、メモリセル20では、記憶素子21A,21Bにおける抵抗状態に応じた読出電流IRが生じる。センスアンプ13は、この読出電流IRを検出することにより、メモリセル20に記憶された情報を読み出す。
In the read operation, the bit
ケースC1では、図7Aに示したように、記憶素子21Aの抵抗値と抵抗素子22Aの抵抗値との合計値は、10,003[kΩ](=10,000[kΩ]+3[kΩ])であり、記憶素子21Bの抵抗値と抵抗素子22Bの抵抗値との合計値は、10,003[kΩ](=10,000[kΩ]+3[kΩ])である。よって、メモリセル20全体の抵抗値は5,003[kΩ]である。メモリセル20には、この抵抗値に応じた読出電流IRが流れる。電圧VRが1.8Vである場合には、読出電流IRの値は0.4[μA](=1.8[V]/5,003[kΩ])である。
In the case C1, as shown in FIG. 7A, the total value of the resistance value of the
ケースC2では、図7Bに示したように、記憶素子21Aの抵抗値と抵抗素子22Aの抵抗値との合計値は、4[kΩ](=1[kΩ]+3[kΩ])であり、記憶素子21Bの抵抗値と抵抗素子22Bの抵抗値との合計値は、10,003[kΩ](=10,000[kΩ]+3[kΩ])である。よって、メモリセル20全体の抵抗値は5[kΩ]である。電圧VRが1.8Vである場合の読出電流IRの値は360[μA](=1.8[V]/5[kΩ])である。すなわち、この例では、ケースC2における読出電流IRの値は、ケースC1における読出電流IRの値の約1,000倍である。
In the case C2, as shown in FIG. 7B, the total value of the resistance value of the
ケースC3では、図7Cに示したように、記憶素子21Aの抵抗値と抵抗素子22Aの抵抗値との合計値は、4[kΩ](=1[kΩ]+3[kΩ])であり、記憶素子21Bの抵抗値と抵抗素子22Bの抵抗値との合計値は、4[kΩ](=1[kΩ]+3[kΩ])である。よって、メモリセル20全体の抵抗値は3[kΩ]である。電圧VRが1.8Vである場合の読出電流IRの値は600[μA](=1.8[V]/3[kΩ])である。すなわち、この例では、ケースC3における読出電流IRの値は、ケースC1における読出電流IRの値の約1,000倍である。
In the case C3, as shown in FIG. 7C, the total value of the resistance value of the
図8は、ケースC1~C3における読出電流IRを表すものである。図8に示したように、ケースC2,C3では、ケースC1に比べて、読出電流IRが大きい。よって、センスアンプ13は、ケースC1における読出電流IRと、ケースC2,C3における読出電流IRの間にしきい電流Ithを設定し、読出電流IRとこのしきい電流Ithとを比較することにより、メモリセル20に書き込まれた情報を読み出すことができる。これにより、メモリ装置1では、記憶素子21A,21Bの両方の抵抗状態が高抵抗状態であるか(ケースC1)、または、記憶素子21A,21Bのうちの少なくとも一方の抵抗状態が低抵抗状態であるか(ケースC2,C3)を判別することができる。すなわち、メモリ装置1では、ケースC2のように、書込動作において、なんらかの事情により、記憶素子21A,21Bのうちの一方のみしか抵抗状態を低抵抗状態にすることができなかった場合や、あるいは、正常な書込動作の後に、なんらかの事情により、記憶素子21A,21Bのうちの一方がオープン状態になった場合でも、正常な書込動作が行われた場合(ケースC3)と同様に、読出電流IRがしきい電流Ithを上回る。このように、メモリ装置1では、冗長性を有するようにしたので、不測の事態が生じても、データを喪失するおそれを低減することができる。
FIG. 8 shows the read current IR in cases C1 to C3. As shown in FIG. 8, the read current IR is larger in cases C2 and C3 than in case C1. Therefore, the
また、メモリ装置1では、記憶素子21Aと記憶素子21Bとを抵抗素子22A,22Bを介して並列接続したので、構成をシンプルにすることができる。すなわち、冗長性を有するメモリ装置としては、例えば、1つの記憶素子と1つの選択トランジスタを用いてメモリセルを構成し、2つのメモリセルに同じ情報を記憶するように構成してもよい。しかしながら、この構成では、その2つのメモリセルから読み出した情報に基づいて、少なくとも一方に対して書込動作が行われていることを判定する判定回路が必要になる。よって、この場合には、構成が複雑になり、メモリ装置のサイズが大きくなるおそれがある。一方、メモリ装置1では、記憶素子21Aと記憶素子21Bとを抵抗素子22A,22Bを介して並列接続したので、記憶素子21,21Bのうちの少なくとも一方が低抵抗状態であれば、メモリセル20全体の抵抗状態は低抵抗状態になる。よって、判定回路を省くことができるため、構成をシンプルにすることができ、メモリ装置1のサイズを小さくすることができる。
Further, in the
(メモリ装置1のサイズについて)
図9は、メモリ装置のサイズと、メモリ装置に記憶することができるデータのビット数との関係を表すものである。図9に示したように、一般に、メモリ装置では、ビット数が増えるほど、メモリセルの数が増え、メモリ装置全体のサイズが増大する。よって、ビット数が多いメモリ装置では、メモリ装置全体における、メモリセルアレイの占める面積割合が大きい。また、ビット数が少ないメモリ装置では、メモリ装置全体における、メモリセルアレイ以外の部分(ビット線駆動部、ワード線駆動部、センスアンプなど)の占める面積割合が大きい。
(About the size of the memory device 1)
FIG. 9 shows the relationship between the size of the memory device and the number of bits of data that can be stored in the memory device. As shown in FIG. 9, generally, in a memory device, as the number of bits increases, the number of memory cells increases and the size of the entire memory device increases. Therefore, in a memory device having a large number of bits, the area ratio of the memory cell array in the entire memory device is large. In a memory device with a small number of bits, the area ratio occupied by portions other than the memory cell array (bit line driver, word line driver, sense amplifier, etc.) in the entire memory device is large.
上述したように、メモリ装置1では、メモリセル20に流れる書込電流IWのピーク値を抑えるようにしたので、選択トランジスタ25(メモリセルアレイ10)、ビット線駆動部12、およびセンスアンプ13のサイズを小さくすることができる。さらにメモリ装置1では、記憶素子21Aと記憶素子21Bとを抵抗素子22A,22Bを介して並列接続したので、判定回路を省くことができる。このように、メモリ装置1では、メモリセルアレイ10のサイズと、メモリセルアレイ10以外の部分のサイズとの両方を小さくすることができる。これにより、メモリ装置1では、記憶することができるビット数が多い場合でも少ない場合でも、メモリ装置全体のサイズを小さくすることができる。
As described above, in the
[効果]
以上のように本実施の形態では、記憶素子21A,21Bのしきい値が互いに異なるようにしたので、書込電流のピーク値を低く抑えることができ、選択トランジスタ、ビット線駆動部、およびセンスアンプのサイズを小さくすることができる。その結果、メモリ装置全体のサイズを小さくすることができる。
[effect]
As described above, in the present embodiment, since the threshold values of the
本実施の形態では、記憶素子21Aと記憶素子21Bとを抵抗素子22A,22Bを介して並列接続したので、判定回路を省くことができるため、構成をシンプルにすることができるとともに、メモリ装置全体のサイズを小さくすることができる。
In this embodiment, since the
本実施の形態では、2つの記憶素子のうちのしきい値が低い記憶素子に抵抗素子を接続するようにしたので、しきい値が高い記憶素子において、フィラメントを形成しやすくすることができる。 In this embodiment, since the resistance element is connected to the memory element having the lower threshold value of the two memory elements, the filament can be easily formed in the memory element having the higher threshold value.
[変形例1-1]
上記実施の形態では、メモリセル20に2つの抵抗素子22A,22Bを設けたが、これに限定されるものではなく、例えば、図10に示すメモリセル20Aのように、抵抗素子22Bを省いてもよい。この場合、記憶素子21Bの他端は、抵抗素子22Aの他端に接続されるとともに、選択トランジスタ23のドレインに接続される。このように構成しても、上記実施の形態に係るメモリセル20と同等の効果を得ることができる。
[Modification 1-1]
In the above embodiment, the
[変形例1-2]
上記実施の形態では、記憶素子21A、抵抗素子22A、選択トランジスタ23をこの順で接続するとともに、記憶素子21B、抵抗素子22B、選択トランジスタ23をこの順に接続したが、これに限定されるものではなく、これに代えて、図10に示すメモリセル20Bのように、例えば、記憶素子21Aと抵抗素子22Aとを入れ替え、記憶素子21Bと抵抗素子22Bとを入れ替えてもよい。メモリセル20Bでは、抵抗素子22Aの一端は、抵抗素子22Bの一端に接続されるとともにビット線BLに接続され、他端は記憶素子21Aの一端に接続されている。抵抗素子22Bの一端は、抵抗素子22Aの一端に接続されるとともにビット線BLに接続され、他端は記憶素子21Bの一端に接続されている。記憶素子21Aの一端は抵抗素子22Aの他端に接続され、他端は、記憶素子21Bの他端に接続されるとともに選択トランジスタ23のドレインに接続されている。記憶素子21Bの一端は抵抗素子22Bの他端に接続され、他端は、記憶素子21Aの他端に接続されるとともに選択トランジスタ23のドレインに接続されている。
[Modification 1-2]
In the above embodiment, the
[変形例1-3]
上記実施の形態では、図3Aに示したように、メモリ装置1はSOI構造を有するものとしたが、これに限定されるものではない。図12に、本変形例に係るメモリ装置1Cにおける記憶素子31の要部断面構造の一例を示す。この図12は、高抵抗状態における記憶素子31を示すものであり、上記実施の形態に係る図3Aに対応するものである。記憶素子31は、P型の半導体基板100P上の、素子分離用の絶縁層102によって囲まれた領域に形成されるものである。記憶素子31は、半導体層210Pを有している。半導体層210Pは、P型の半導体基板100Pの表面に形成されたP型の半導体層であり、いわゆるPウェルを構成するものである。この半導体層210Pは、記憶素子31のいわゆるバックゲートとして機能するものである。この半導体層210P内には、上記実施の形態に係るメモリ装置1(図3A)と同様に、半導体層111N,112Nが形成されている。
[Modification 1-3]
In the above embodiment, the
[変形例1-4]
上記実施の形態では、互いにしきい値の異なる2つの記憶素子21A,21Bを並列接続したが、これに限定されるものではなく、例えば、互いにしきい値の異なる3つ以上の記憶素子を並列接続してもよい。この場合、図2等と同様に、各記憶素子に抵抗素子を直列接続してもよいし、図10と同様に、しきい値が最も大きい記憶素子以外の記憶素子に抵抗素子を直列接続してもよい。
[Modification 1-4]
In the above embodiment, the two
[その他の変形例]
また、これらの変形例のうちの2以上を組み合わせてもよい。
[Other variations]
Further, two or more of these modifications may be combined.
<2.第2の実施の形態>
次に、第2の実施の形態に係るメモリ装置2について説明する。メモリ装置2は、各メモリセルに複数のビットデータを記憶するものである。なお、上記第1の実施の形態に係るメモリ装置1と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
<2. Second Embodiment>
Next, the
図13は、本実施の形態に係るメモリ装置2の一構成例を表すものである。メモリ装置2は、メモリセルアレイ40と、ビット線駆動部42とを備えている。
FIG. 13 shows a configuration example of the
メモリセルアレイ40は、マトリクス状に配置された複数のメモリセル50を有している。また、メモリセルアレイ40は、行方向(横方向)に延伸する複数のワード線WLと、列方向(縦方向)に延伸する複数のビット線BLA,BLBおよび複数のソース線SLとを有している。各ビット線BLA,BLBの一端はビット線駆動部42に接続されている。各メモリセル50は、ワード線WL、ビット線BLA,BLB、およびソース線SLに接続されている。
The
図14は、メモリセル50の一構成例を表すものである。メモリセル50は、記憶素子21A,21Bと、抵抗素子22A,22Bと、選択トランジスタ23とを有している。記憶素子21Aの一端はビット線BLAに接続され、他端は抵抗素子22Aの一端に接続されている。記憶素子21Bの一端はビット線BLBに接続され、他端は抵抗素子22Bの一端に接続されている。記憶素子21Aのしきい値VthAは、第1の実施の形態の場合と同様に、記憶素子21Bのしきい値VthBよりも低く設定されている。
FIG. 14 shows a configuration example of the
ビット線駆動部42は、ビット線BLA,BLBを駆動することにより、メモリセルアレイ40における書込動作および読出動作を制御するものである。
The bit
具体的には、書込動作において、ビット線駆動部42は、ビット線BLAの電圧VBLAを正の電圧VW(VW>0)に設定することにより、選択された1行のうちの、書込動作の対象となるメモリセル50の記憶素子21Aを選択するとともに、その記憶素子21Aにストレス電圧を印加する。同様に、ビット線駆動部42は、ビット線BLBの電圧VBLBを正の電圧VW(VW>0)に設定することにより、選択された1行のうちの、書込動作の対象となるメモリセル50の記憶素子21Bを選択するとともに、その記憶素子21Bにストレス電圧を印加するようになっている。
Specifically, in the write operation, the bit
また、読出動作において、ビット線駆動部42は、ビット線BLAの電圧VBLAを0Vに設定するとともに、ビット線BLBをフローティング状態にすることにより、選択された1行のうちの、読出動作の対象となるメモリセル50の記憶素子21Aを選択する。同様に、ビット線駆動部42は、ビット線BLAをフローティング状態にするとともに、ビット線BLBの電圧VBLBを0Vに設定することにより、選択された1行のうちの、読出動作の対象となるメモリセル50の記憶素子21Bを選択するようになっている。
In the read operation, the bit
図15A~15Cは、メモリセル50に対する書込動作を表すものであり、図15Aは、記憶素子21Aに対してのみ書込動作を行う場合を示し、図15Bは、記憶素子21Bに対してのみ書込動作を行う場合を示し、図15Cは、記憶素子21A,21Bの両方に対して書込動作を行う場合を示す。
15A to 15C show a write operation on the
記憶素子21Aに対してのみ書込動作を行う場合には、図15Aに示したように、センスアンプ13が、ソース線SLの電圧VSLを0Vに設定し、ビット線駆動部42が、ビット線BLAの電圧VBLAを電圧VWに設定するとともに、ビット線BLBの電圧VBLBを0Vに設定する。これにより、メモリセル50では、記憶素子21A、抵抗素子22A、選択トランジスタ23の順に書込電流IWAが流れ、記憶素子21Aの抵抗状態が高抵抗状態から低抵抗状態に変化する。
When the write operation is performed only on the
同様に、記憶素子21Bに対してのみ書込動作を行う場合には、図15Bに示したように、センスアンプ13が、ソース線SLの電圧VSLを0Vに設定し、ビット線駆動部42が、ビット線BLAの電圧VBLAを0Vに設定するとともに、ビット線BLBの電圧VBLBを電圧VWに設定する。これにより、メモリセル50では、記憶素子21B、抵抗素子22B、選択トランジスタ23の順に書込電流IWBが流れ、記憶素子21Bの抵抗状態が高抵抗状態から低抵抗状態に変化する。
Similarly, when the write operation is performed only on the
一方、記憶素子21A,21Bの両方に対して書込動作を行う場合には、図15Cに示したように、センスアンプ13が、ソース線SLの電圧VSLを0Vに設定し、ビット線駆動部42が、ビット線BLA,BLBの電圧VBLA,VBLBを電圧VWにそれぞれ設定する。これにより、メモリセル50では、第1の実施の形態に係るメモリセル20と同様に、まず、記憶素子21A、抵抗素子22A、選択トランジスタ23の順に、大きな書込電流IWAが流れて、記憶素子21Aの抵抗状態が高抵抗状態から低抵抗状態に変化し、その後に、記憶素子21B、抵抗素子22B、選択トランジスタ23の順に、大きな書込電流IWBが流れて、記憶素子21Bの抵抗状態が高抵抗状態から低抵抗状態に変化する。
On the other hand, when the write operation is performed on both the
このように、メモリ装置2では、ビット線BLA,BLBを設け、記憶素子21Aの一端をビット線BLAに接続するとともに、記憶素子21Bの一端をビット線BLBに接続したので、メモリセル50に2つのビットデータを記憶することができる。
Thus, in the
特に、メモリ装置2では、記憶素子21A,21Bの両方に対して書込動作を行う際、1サイクルで書込動作を行うことができる。その際、記憶素子21Aのしきい値VthAと記憶素子21Bのしきい値VthBとが互いに異なるようにしたので、記憶素子21Aに大きな書込電流IWAが流れるタイミングt1と、記憶素子21Bに大きな書込電流IWBが流れるタイミングt2とをずらすことができる。その結果、選択トランジスタ23に流れる書込電流IW(=IWA+IWB)のピーク値を抑えることができるため、選択トランジスタ23のサイズを小さくすることができる。さらに、この書込電流IWをシンクするセンスアンプ13のサイズも小さくすることができる。
In particular, in the
図16A,16Bは、メモリセル50に対する読出動作を表すものであり、図16Aは、記憶素子21Aに対して読出動作を行う場合を示し、図16Bは、記憶素子21Bに対して読出動作を行う場合を示す。
16A and 16B show a read operation for the
記憶素子21Aに対して読出動作を行う場合には、図16Aに示したように、ビット線駆動部42が、ビット線BLAの電圧VBLAを0Vに設定するとともにビット線BLBをフローティング状態にし、センスアンプ13が、ソース線SLの電圧VSLを電圧VRに設定する。これにより、メモリセル50では、選択トランジスタ23、抵抗素子22A、記憶素子21Aの順に読出電流IRが流れる。センスアンプ13は、この読出電流IRを検出することにより、メモリセル50の記憶素子21Aに記憶された情報を読み出す。
When the read operation is performed on the
記憶素子21Bに対して読出動作を行う場合には、図16Bに示したように、ビット線駆動部42が、ビット線BLAをフローティング状態にするとともに、ビット線BLBの電圧VBLBを0Vに設定し、センスアンプ13が、ソース線SLの電圧VSLを電圧VRに設定する。これにより、メモリセル50では、選択トランジスタ23、抵抗素子22B、記憶素子21Bの順に読出電流IRが流れる。センスアンプ13は、この読出電流IRを検出することにより、メモリセル50の記憶素子21Bに記憶された情報を読み出す。
When performing the read operation on the
以上のように本実施の形態では、ビット線BLA,BLBを設け、記憶素子21Aの一端をビット線BLAに接続するとともに、記憶素子21Bの一端をビット線BLBに接続したので、各メモリセルに2つのビットデータを記憶することができる。その他の効果は、上記第1の実施の形態の場合と同様である。
As described above, in this embodiment, the bit lines BLA and BLB are provided, and one end of the
[変形例2-1]
上記実施の形態では、2つの記憶素子21A,21Bを用いてメモリセル50を構成したが、これに限定されるものではなく、3つ以上の記憶素子を用いてメモリセルを構成してもよい。以下に、3つの記憶素子を用いてメモリセルを構成する例について詳細に説明する。
[Modification 2-1]
In the above embodiment, the
図17は、本実施の形態に係るメモリ装置2Aの一構成例を表すものである。メモリ装置2Aは、メモリセルアレイ40Aと、ビット線駆動部42Aとを備えている。
FIG. 17 illustrates a configuration example of the
メモリセルアレイ40Aは、マトリクス状に配置された複数のメモリセル50Aを有している。また、メモリセルアレイ40Aは、列方向(縦方向)に延伸する複数のビット線BLA,BLB,BLCを有している。各ビット線BLA,BLB,BLCの一端はビット線駆動部42Aに接続されている。各メモリセル50Aは、ワード線WL、ビット線BLA,BLB,BLC、およびソース線SLに接続されている。
The
図18は、メモリセル50Aの一構成例を表すものである。メモリセル50Aは、記憶素子21A,21B,21Cと、抵抗素子22A,22B,22Cとを有している。記憶素子21Aの一端はビット線BLAに接続され、他端は抵抗素子22Aの一端に接続されている。記憶素子21Bの一端はビット線BLBに接続され、他端は抵抗素子22Bの一端に接続されている。記憶素子21Cの一端はビット線BLCに接続され、他端は抵抗素子22Cの一端に接続されている。抵抗素子22Aの一端は記憶素子21Aの他端に接続され、他端は、抵抗素子22B,22Cの他端に接続されるとともに選択トランジスタ23のドレインに接続されている。抵抗素子22Bの一端は記憶素子22Aの他端に接続され、他端は、抵抗素子22A,22Cの他端に接続されるとともに選択トランジスタ23のドレインに接続されている。抵抗素子22Cの一端は記憶素子21Cの他端に接続され、他端は、抵抗素子22A,22Bの他端に接続されるとともに選択トランジスタ23のドレインに接続されている。記憶素子21Aのしきい値VthAは、記憶素子21Bのしきい値VthBよりも低く設定されており、記憶素子21Bのしきい値VthBは、記憶素子21Cのしきい値VthCよりも低く設定されている。
FIG. 18 shows a configuration example of the
ビット線駆動部42Aは、上記実施の形態に係るビット線駆動部42と同様に、ビット線BLA,BLB,BLCを駆動することにより、メモリセルアレイ40Aにおける書込動作および読出動作を制御するものである。
Similarly to the bit
なお、この例では、3つの抵抗素子22A~22Cを設けたが、これに限定されるものではなく、例えば、図18に示すメモリセル50Bのように、記憶素子21A~21Cのうち最もしきい値が高い記憶素子21Cに接続された抵抗素子22Cを省いてもよい。
In this example, the three
[変形例2-2]
上記実施の形態では、2つの記憶素子21A,21Bに対して書込動作を行う際、ビット線駆動部42が、ビット線BLAの電圧VBLAおよびビット線BLBの電圧VBLBを同時に電圧VWに設定したが、これに限定されるものではなく、例えば、電圧設定タイミングをずらしてもよい。この場合には、記憶素子21A,21Bのしきい値Vthは、互いに異なるようにしてもよいし、互いに等しくしてもよい。以下に、本変形例に係るメモリ装置2Cにおいて、記憶素子21A,21Bのしきい値Vthを互いに等しくした場合の動作例を説明する。
[Modification 2-2]
In the above embodiment, when the write operation is performed on the two
図20は、メモリ装置2Cのメモリセル50Cに対する書込動作の一例を表すものである。記憶素子21A,21Bの両方に対して書込動作を行う場合には、メモリ装置2Cのビット線駆動部42Cが、まず、ビット線BLAの電圧VBLAを電圧VWに設定し、その後に、ビット線BLBの電圧VBLBを電圧VWに設定する。その際、電圧VBLAは、ビット線BLA自体の抵抗成分や負荷に応じた時定数で変化し、同様に、電圧VBLBは、ビット線BLB自体の抵抗成分や負荷に応じた時定数で変化する。タイミングt11において、ビット線BLAの電圧VBLAがしきい値Vthに到達すると、大きな書込電流IWAが流れ、記憶素子21Aの抵抗状態が高抵抗状態から低抵抗状態に変化する。同様に、タイミングt12において、ビット線BLBの電圧VBLBがしきい値Vthに到達すると、大きな書込電流IWBが流れ、記憶素子21Bの抵抗状態が高抵抗状態から低抵抗状態に変化する。このように構成しても、上記実施の形態に係るメモリセル20と同等の効果を得ることができる。
FIG. 20 shows an example of a write operation to the memory cell 50C of the memory device 2C. When the write operation is performed on both the
なお、この例では、2つの抵抗素子22A,22Bを設けたが、これに限定されるものではなく、例えば、後に電圧が設定されるビット線BLBに導かれた抵抗素子22Bを省いてもよい。
In this example, the two
以上、いくつかの実施の形態および変形例を挙げて本技術を説明したが、本技術はこれらの実施の形態等には限定されず、種々の変形が可能である。 The present technology has been described above with some embodiments and modifications. However, the present technology is not limited to these embodiments and the like, and various modifications are possible.
例えば、上記の各実施の形態では、記憶素子21A,21B等は、図3に示した構成に限定されるものではなく、例えば、特許文献1,2に示したものなど、アンチヒューズであればどのような構成のものを用いてもよい。
For example, in each of the embodiments described above, the
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。 It should be noted that the effects described in this specification are merely examples and are not limited, and other effects may be obtained.
なお、本技術は以下のような構成とすることができる。 Note that the present technology may be configured as follows.
(1)一端が互いに接続された複数の経路のそれぞれに挿入されたアンチヒューズと、
前記複数の経路のうちの少なくとも1つに挿入された抵抗素子と、
オン状態になることにより、第1の接続端子と、前記複数の経路の前記一端とを接続する選択トランジスタと
を備えたメモリセル。
(1) an antifuse inserted in each of a plurality of paths whose one ends are connected to each other;
A resistance element inserted in at least one of the plurality of paths;
A memory cell comprising: a selection transistor that connects a first connection terminal and the one end of the plurality of paths by being turned on.
(2)各アンチヒューズは、第1の端子と、第2の端子とを有し、
各アンチヒューズの抵抗状態は、そのアンチヒューズの第1の端子と第2の端子との間の電位差が所定のしきい値を超えることにより、高抵抗状態から低抵抗状態に変化し、
前記複数のアンチヒューズの前記しきい値は互いに異なる
前記(1)に記載のメモリセル。
(2) Each antifuse has a first terminal and a second terminal,
The resistance state of each antifuse changes from a high resistance state to a low resistance state when the potential difference between the first terminal and the second terminal of the antifuse exceeds a predetermined threshold value.
The memory cell according to (1), wherein the threshold values of the plurality of antifuses are different from each other.
(3)前記複数の経路のうちの前記少なくとも1つの経路は、前記しきい値が一番低いアンチヒューズが挿入された経路である
前記(2)に記載のメモリセル。
(3) The memory cell according to (2), wherein the at least one of the plurality of paths is a path in which an antifuse having the lowest threshold is inserted.
(4)前記抵抗素子は、前記複数の経路にそれぞれ挿入された
前記(2)に記載のメモリセル。
(4) The memory cell according to (2), wherein the resistance element is inserted into each of the plurality of paths.
(5)前記複数の経路の他端に接続された単一の第2の接続端子をさらに備えた
前記(2)から(4)のいずれかに記載のメモリセル。
(5) The memory cell according to any one of (2) to (4), further including a single second connection terminal connected to the other end of the plurality of paths.
(6)前記複数の経路の他端にそれぞれ接続された複数の第2の接続端子をさらに備えた
前記(2)から(4)のいずれかに記載のメモリセル。
(6) The memory cell according to any one of (2) to (4), further including a plurality of second connection terminals respectively connected to the other ends of the plurality of paths.
(7)前記複数のアンチヒューズの抵抗状態は、前記複数の第2の接続端子に互いに等しいタイミングでストレス電圧が印加されることにより、高抵抗状態から低抵抗状態に変化する
前記(6)に記載のメモリセル。
(7) The resistance state of the plurality of antifuses is changed from a high resistance state to a low resistance state by applying stress voltages to the plurality of second connection terminals at equal timings. The memory cell described.
(8)各アンチヒューズの抵抗状態は、そのアンチヒューズの第1の端子と第2の端子との間に電流が流れて生じる発熱に基づいて、高抵抗状態から低抵抗状態に変化するものであり、
前記複数のアンチヒューズにおける放熱性は互いに異なる
前記(2)から(7)のいずれかに記載のメモリセル。
(8) The resistance state of each anti-fuse changes from a high-resistance state to a low-resistance state based on heat generated by current flowing between the first terminal and the second terminal of the anti-fuse. Yes,
The memory cell according to any one of (2) to (7), wherein heat dissipation properties of the plurality of antifuses are different from each other.
(9)各アンチヒューズは、
第1導電型の第1の半導体層と、
そのアンチヒューズの第1の端子に接続され、前記第1の半導体層の表面に設けられた第2導電型の第2の半導体層と、
そのアンチヒューズの第2の端子に接続され、前記第1の半導体層の表面に、前記第2の半導体層と離間して設けられた前記第2導電型の第3の半導体層と、
前記第2の半導体層と前記第3の半導体層の間の離間領域における前記第1の半導体層の表面上に設けられた誘電膜と
を有する
前記(2)から(8)のいずれかに記載のメモリセル。
(9) Each antifuse is
A first semiconductor layer of a first conductivity type;
A second semiconductor layer of a second conductivity type connected to the first terminal of the antifuse and provided on the surface of the first semiconductor layer;
A third semiconductor layer of the second conductivity type connected to the second terminal of the antifuse and provided on the surface of the first semiconductor layer and spaced apart from the second semiconductor layer;
The dielectric film provided on the surface of the first semiconductor layer in a separation region between the second semiconductor layer and the third semiconductor layer. The method according to any one of (2) to (8), Memory cells.
(10)各アンチヒューズは、
前記誘電膜の上に設けられた第1の導電膜をさらに有する
前記(9)に記載のメモリセル。
(10) Each antifuse is
The memory cell according to (9), further including a first conductive film provided on the dielectric film.
(11)前記第1の半導体層は、基板の表面に形成されるとともに、前記基板内において絶縁層により囲まれている
前記(9)または(10)に記載のメモリセル。
(11) The memory cell according to (9) or (10), wherein the first semiconductor layer is formed on a surface of a substrate and is surrounded by an insulating layer in the substrate.
(12)各アンチヒューズは、
前記第2の半導体層に接続された第2の導電膜と、
前記第3の半導体層に接続された第3の導電膜と、
をさらに有し、
前記複数のアンチヒューズにおける、前記第2の導電膜の面積および前記第3の導電膜の面積うちの一方または双方は、互いに異なる
前記(9)から(11)のいずれかに記載のメモリセル。
(12) Each antifuse is
A second conductive film connected to the second semiconductor layer;
A third conductive film connected to the third semiconductor layer;
Further comprising
The memory cell according to any one of (9) to (11), wherein one or both of an area of the second conductive film and an area of the third conductive film in the plurality of antifuses is different from each other.
(13)前記複数のアンチヒューズにおける前記第1の半導体層の体積は、互いに異なる
前記(9)から(12)のいずれかに記載のメモリセル。
(13) The memory cell according to any one of (9) to (12), wherein volumes of the first semiconductor layers in the plurality of antifuses are different from each other.
(14)前記複数のアンチヒューズにおける、前記第2の半導体層と前記第3の半導体層との間の距離は、互いに異なる
前記(9)から(13)のいずれかに記載のメモリセル。
(14) The memory cell according to any one of (9) to (13), wherein a distance between the second semiconductor layer and the third semiconductor layer in the plurality of antifuses is different from each other.
(15)前記複数の経路の他端にそれぞれ接続された複数の第2の接続端子をさらに備え、
前記複数のアンチヒューズの抵抗状態は、前記複数の第2の接続端子に互いに異なるタイミングでストレス電圧が印加されることにより、高抵抗状態から低抵抗状態に変化する
前記(1)に記載のメモリセル。
(15) further comprising a plurality of second connection terminals respectively connected to the other ends of the plurality of paths;
The memory state according to (1), wherein the resistance state of the plurality of antifuses is changed from a high resistance state to a low resistance state by applying stress voltages to the plurality of second connection terminals at different timings. cell.
(16)前記複数の経路のうちの前記少なくとも1つの経路は、前記ストレス電圧が印加されるタイミングが一番早い経路である
前記(15)に記載のメモリセル。
(16) The memory cell according to (15), wherein the at least one path among the plurality of paths is a path having the earliest timing at which the stress voltage is applied.
(17)メモリセルと、
前記メモリセルを制御する制御部と
を備え、
前記メモリセルは、
一端が互いに接続された複数の経路のそれぞれに挿入されたアンチヒューズと、
前記複数の経路のうちの少なくとも1つに挿入された抵抗素子と、
オン状態になることにより、第1の接続端子と、前記複数の経路の前記一端とを接続する選択トランジスタと
を有する
メモリ装置。
(17) a memory cell;
A control unit for controlling the memory cell,
The memory cell is
An antifuse inserted into each of a plurality of paths connected at one end to each other;
A resistance element inserted in at least one of the plurality of paths;
A memory device comprising: a selection transistor that connects a first connection terminal and the one end of the plurality of paths by being turned on.
(18)前記メモリセルは、前記複数の経路の他端に接続された単一の第2の接続端子をさらに有し、
各アンチヒューズは、第1の端子と、第2の端子とを有し、
各アンチヒューズの抵抗状態は、そのアンチヒューズの第1の端子と第2の端子との間の電位差が所定のしきい値を超えることにより、高抵抗状態から低抵抗状態に変化し、
前記複数のアンチヒューズの前記しきい値は互いに異なり、
前記制御部は、前記第2の接続端子にストレス電圧が印加することにより、前記複数のアンチヒューズの抵抗状態を高抵抗状態から低抵抗状態に変化させる
前記(17)に記載のメモリ装置。
(18) The memory cell further includes a single second connection terminal connected to the other end of the plurality of paths,
Each antifuse has a first terminal and a second terminal,
The resistance state of each antifuse changes from a high resistance state to a low resistance state when the potential difference between the first terminal and the second terminal of the antifuse exceeds a predetermined threshold value.
The thresholds of the plurality of antifuses are different from each other,
The memory device according to (17), wherein the control unit changes a resistance state of the plurality of antifuses from a high resistance state to a low resistance state by applying a stress voltage to the second connection terminal.
(19)前記メモリセルは、前記複数の経路の他端にそれぞれ接続された複数の第2の接続端子をさらに有し、
各アンチヒューズは、第1の端子と、第2の端子とを有し、
各アンチヒューズの抵抗状態は、そのアンチヒューズの第1の端子と第2の端子との間の電位差が所定のしきい値を超えることにより、高抵抗状態から低抵抗状態に変化し、
前記複数のアンチヒューズの前記しきい値は互いに異なり、
前記制御部は、前記複数の第2の接続端子に互いに等しいタイミングでストレス電圧を印加することにより、前記複数のアンチヒューズの抵抗状態を高抵抗状態から低抵抗状態に変化させる
前記(17)に記載のメモリ装置。
(19) The memory cell further includes a plurality of second connection terminals respectively connected to the other ends of the plurality of paths.
Each antifuse has a first terminal and a second terminal,
The resistance state of each antifuse changes from a high resistance state to a low resistance state when the potential difference between the first terminal and the second terminal of the antifuse exceeds a predetermined threshold value.
The thresholds of the plurality of antifuses are different from each other,
The controller changes the resistance state of the plurality of antifuses from a high resistance state to a low resistance state by applying stress voltages to the plurality of second connection terminals at equal timings. The memory device described.
(20)前記メモリセルは、前記複数の経路の他端にそれぞれ接続された複数の第2の接続端子をさらに有し、
前記制御部は、前記複数の第2の接続端子に互いに異なるタイミングでストレス電圧を印加することにより、前記複数のアンチヒューズの抵抗状態を高抵抗状態から低抵抗状態に変化させる
前記(17)に記載のメモリ装置。
(20) The memory cell further includes a plurality of second connection terminals respectively connected to the other ends of the plurality of paths.
The controller changes the resistance state of the plurality of antifuses from a high resistance state to a low resistance state by applying stress voltages to the plurality of second connection terminals at different timings. The memory device described.
本出願は、日本国特許庁において2015年1月20日に出願された日本特許出願番号2015-8603号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。 This application claims priority on the basis of Japanese Patent Application No. 2015-8603 filed on January 20, 2015 at the Japan Patent Office. The entire contents of this application are hereby incorporated by reference. Incorporated into.
当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。 Those skilled in the art will envision various modifications, combinations, subcombinations, and changes, depending on design requirements and other factors, which are within the scope of the appended claims and their equivalents. It is understood that
Claims (20)
前記複数の経路のうちの少なくとも1つに挿入された抵抗素子と、
オン状態になることにより、第1の接続端子と、前記複数の経路の前記一端とを接続する選択トランジスタと
を備えたメモリセル。 An antifuse inserted into each of a plurality of paths connected at one end to each other;
A resistance element inserted in at least one of the plurality of paths;
A memory cell comprising: a selection transistor that connects a first connection terminal and the one end of the plurality of paths by being turned on.
各アンチヒューズの抵抗状態は、そのアンチヒューズの第1の端子と第2の端子との間の電位差が所定のしきい値を超えることにより、高抵抗状態から低抵抗状態に変化し、
前記複数のアンチヒューズの前記しきい値は互いに異なる
請求項1に記載のメモリセル。 Each antifuse has a first terminal and a second terminal,
The resistance state of each antifuse changes from a high resistance state to a low resistance state when the potential difference between the first terminal and the second terminal of the antifuse exceeds a predetermined threshold value.
The memory cell according to claim 1, wherein the threshold values of the plurality of antifuses are different from each other.
請求項2に記載のメモリセル。 The memory cell according to claim 2, wherein the at least one path among the plurality of paths is a path in which an antifuse having the lowest threshold is inserted.
請求項2に記載のメモリセル。 The memory cell according to claim 2, wherein the resistance element is inserted into each of the plurality of paths.
請求項2に記載のメモリセル。 The memory cell according to claim 2, further comprising a single second connection terminal connected to the other end of the plurality of paths.
請求項2に記載のメモリセル。 The memory cell according to claim 2, further comprising a plurality of second connection terminals respectively connected to the other ends of the plurality of paths.
請求項6に記載のメモリセル。 The memory cell according to claim 6, wherein the resistance state of the plurality of antifuses is changed from a high resistance state to a low resistance state by applying a stress voltage to the plurality of second connection terminals at the same timing. .
前記複数のアンチヒューズにおける放熱性は互いに異なる
請求項2に記載のメモリセル。 The resistance state of each antifuse changes from a high resistance state to a low resistance state based on heat generated by current flowing between the first terminal and the second terminal of the antifuse,
The memory cell according to claim 2, wherein heat dissipation properties of the plurality of antifuses are different from each other.
第1導電型の第1の半導体層と、
そのアンチヒューズの第1の端子に接続され、前記第1の半導体層の表面に設けられた第2導電型の第2の半導体層と、
そのアンチヒューズの第2の端子に接続され、前記第1の半導体層の表面に、前記第2の半導体層と離間して設けられた前記第2導電型の第3の半導体層と、
前記第2の半導体層と前記第3の半導体層の間の離間領域における前記第1の半導体層の表面上に設けられた誘電膜と
を有する
請求項2に記載のメモリセル。 Each antifuse is
A first semiconductor layer of a first conductivity type;
A second semiconductor layer of a second conductivity type connected to the first terminal of the antifuse and provided on the surface of the first semiconductor layer;
A third semiconductor layer of the second conductivity type connected to the second terminal of the antifuse and provided on the surface of the first semiconductor layer and spaced apart from the second semiconductor layer;
The memory cell according to claim 2, further comprising: a dielectric film provided on a surface of the first semiconductor layer in a separation region between the second semiconductor layer and the third semiconductor layer.
前記誘電膜の上に設けられた第1の導電膜をさらに有する
請求項9に記載のメモリセル。 Each antifuse is
The memory cell according to claim 9, further comprising a first conductive film provided on the dielectric film.
請求項9に記載のメモリセル。 The memory cell according to claim 9, wherein the first semiconductor layer is formed on a surface of a substrate and is surrounded by an insulating layer in the substrate.
前記第2の半導体層に接続された第2の導電膜と、
前記第3の半導体層に接続された第3の導電膜と、
をさらに有し、
前記複数のアンチヒューズにおける、前記第2の導電膜の面積および前記第3の導電膜の面積うちの一方または双方は、互いに異なる
請求項9に記載のメモリセル。 Each antifuse is
A second conductive film connected to the second semiconductor layer;
A third conductive film connected to the third semiconductor layer;
Further comprising
The memory cell according to claim 9, wherein one or both of the area of the second conductive film and the area of the third conductive film in the plurality of antifuses is different from each other.
請求項9に記載のメモリセル。 The memory cell according to claim 9, wherein volumes of the first semiconductor layers in the plurality of antifuses are different from each other.
請求項9に記載のメモリセル。 The memory cell according to claim 9, wherein distances between the second semiconductor layer and the third semiconductor layer in the plurality of antifuses are different from each other.
前記複数のアンチヒューズの抵抗状態は、前記複数の第2の接続端子に互いに異なるタイミングでストレス電圧が印加されることにより、高抵抗状態から低抵抗状態に変化する
請求項1に記載のメモリセル。 A plurality of second connection terminals respectively connected to the other ends of the plurality of paths;
The memory cell according to claim 1, wherein the resistance state of the plurality of antifuses is changed from a high resistance state to a low resistance state by applying stress voltages to the plurality of second connection terminals at different timings. .
請求項15に記載のメモリセル。 The memory cell according to claim 15, wherein the at least one path among the plurality of paths is a path having the earliest timing at which the stress voltage is applied.
前記メモリセルを制御する制御部と
を備え、
前記メモリセルは、
一端が互いに接続された複数の経路のそれぞれに挿入されたアンチヒューズと、
前記複数の経路のうちの少なくとも1つに挿入された抵抗素子と、
オン状態になることにより、第1の接続端子と、前記複数の経路の前記一端とを接続する選択トランジスタと
を有する
メモリ装置。 A memory cell;
A control unit for controlling the memory cell,
The memory cell is
An antifuse inserted into each of a plurality of paths connected at one end to each other;
A resistance element inserted in at least one of the plurality of paths;
A memory device comprising: a selection transistor that connects a first connection terminal and the one end of the plurality of paths by being turned on.
各アンチヒューズは、第1の端子と、第2の端子とを有し、
各アンチヒューズの抵抗状態は、そのアンチヒューズの第1の端子と第2の端子との間の電位差が所定のしきい値を超えることにより、高抵抗状態から低抵抗状態に変化し、
前記複数のアンチヒューズの前記しきい値は互いに異なり、
前記制御部は、前記第2の接続端子にストレス電圧が印加することにより、前記複数のアンチヒューズの抵抗状態を高抵抗状態から低抵抗状態に変化させる
請求項17に記載のメモリ装置。 The memory cell further includes a single second connection terminal connected to the other end of the plurality of paths,
Each antifuse has a first terminal and a second terminal,
The resistance state of each antifuse changes from a high resistance state to a low resistance state when the potential difference between the first terminal and the second terminal of the antifuse exceeds a predetermined threshold value.
The thresholds of the plurality of antifuses are different from each other,
The memory device according to claim 17, wherein the control unit changes a resistance state of the plurality of antifuses from a high resistance state to a low resistance state by applying a stress voltage to the second connection terminal.
各アンチヒューズは、第1の端子と、第2の端子とを有し、
各アンチヒューズの抵抗状態は、そのアンチヒューズの第1の端子と第2の端子との間の電位差が所定のしきい値を超えることにより、高抵抗状態から低抵抗状態に変化し、
前記複数のアンチヒューズの前記しきい値は互いに異なり、
前記制御部は、前記複数の第2の接続端子に互いに等しいタイミングでストレス電圧を印加することにより、前記複数のアンチヒューズの抵抗状態を高抵抗状態から低抵抗状態に変化させる
請求項17に記載のメモリ装置。 The memory cell further includes a plurality of second connection terminals respectively connected to the other ends of the plurality of paths.
Each antifuse has a first terminal and a second terminal,
The resistance state of each antifuse changes from a high resistance state to a low resistance state when the potential difference between the first terminal and the second terminal of the antifuse exceeds a predetermined threshold value.
The thresholds of the plurality of antifuses are different from each other,
The control unit changes a resistance state of the plurality of antifuses from a high resistance state to a low resistance state by applying stress voltages to the plurality of second connection terminals at equal timings. Memory device.
前記制御部は、前記複数の第2の接続端子に互いに異なるタイミングでストレス電圧を印加することにより、前記複数のアンチヒューズの抵抗状態を高抵抗状態から低抵抗状態に変化させる
請求項17に記載のメモリ装置。 The memory cell further includes a plurality of second connection terminals respectively connected to the other ends of the plurality of paths.
The control unit changes the resistance state of the plurality of antifuses from a high resistance state to a low resistance state by applying stress voltages to the plurality of second connection terminals at different timings. Memory device.
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